國內(nèi)外數(shù)據(jù)中心行業(yè)現(xiàn)狀的分析

以下文章來源于國際電子商情 ，作者邵樂峰

中國信通院《數(shù)據(jù)中心白皮書2022》報告顯示，2021年全球數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模超過679億美元，較2020年增長9.8%。預(yù)計2022年市場收入將達到746億美元，增速總體保持平穩(wěn)。

受新基建、數(shù)字化轉(zhuǎn)型及數(shù)字中國遠景目標等國家政策促進及企業(yè)降本增效需求的驅(qū)動，我國數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)收入持續(xù)高速增長。2021年，我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)市場收入達到1500 億元左右，近三年年均復(fù)合增長率達到30.69%，隨著國內(nèi)各地區(qū)、各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進，中國數(shù)據(jù)中心市場收入將保持持續(xù)增長態(tài)勢。

為此，《國際電子商情》梳理了國內(nèi)外數(shù)據(jù)中心行業(yè)，尤其是芯片頭部廠商們的最新動向，讀者們可以借此迅速了解數(shù)據(jù)中心行業(yè)正在發(fā)生的新變化與新趨勢。

一、重新爭奪云計算定義權(quán)

在本周結(jié)束的2022年阿里云峰會上，阿里云智能總裁張建鋒表示，阿里云今年最重要策略是“B2B”，也就是“Back to Basic”，回到云計算的本質(zhì)，堅持在技術(shù)的長征路上，不斷取得新的突破。

他認為，云計算越來越接近進入下一個時代——全新的架構(gòu)定義，全新的軟件界面，硬件加速?！半m然我們錯過了PC時代，但云這個時代大家起步是一樣的?，F(xiàn)在是重新定義云的窗口期，如果定義好了，中國就可以在下一個技術(shù)時代有自己的一席之地?！?/span>

會上，阿里云發(fā)布了一款云數(shù)據(jù)中心專用處理器CIPU(Cloud infrastructure Processing Units)，將有望替代CPU成為云時代IDC的處理核心。

圖1、阿里云發(fā)布CIPU（圖源：阿里云）

為什么要有CIPU？

在張建鋒看來，過去十多年，云計算技術(shù)經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段：

第一階段是分布式和虛擬化技術(shù)替代了大型機，滿足了當時企業(yè)所需的算力規(guī)模；

第二階段出現(xiàn)了資源池化技術(shù)，把計算和存儲資源分離，再規(guī)?；幣藕驼{(diào)度，提供了超大規(guī)模的計算和存儲資源池。

這兩個階段的演進的確推動了云計算發(fā)展，但張建鋒表示，它們都是通過軟件定義的方法，基于傳統(tǒng)的以CPU為中心的體系架構(gòu)去做優(yōu)化，已經(jīng)觸及瓶頸。而近年來，云上客戶的需求發(fā)生了很大變化，數(shù)據(jù)密集型的計算越來越多，不斷地提高了對云計算提供的低時延、高帶寬的需求，這些需求很難通過傳統(tǒng)體系架構(gòu)去滿足。

因此，新一代的云計算要從數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部做體系化創(chuàng)新，從以往的以CPU為中心的體系架構(gòu)，進入以CIPU為中心的體系架構(gòu)。

根據(jù)阿里云方面的描述，這將是一個全新的架構(gòu)體系，從最底層的數(shù)據(jù)中心核心部件到最上層云原生軟件，是一套完整的自研技術(shù)體系。向下，CIPU接入物理的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源，快速云化并進行硬件加速；向上，CIPU接入飛天云操作系統(tǒng)，管控阿里云全球上百萬臺服務(wù)器。

中國工程院院士鄭緯民對此評論稱，CIPU概念的提出和落地，將使中國在爭取云計算的定義權(quán)中處于有利位置，改變了原本由西方技術(shù)制定的游戲規(guī)則，讓我國IT產(chǎn)業(yè)建立了全球領(lǐng)導(dǎo)力。

二、龍芯服務(wù)器處理器3C5000亮相

3C5000是龍芯面向通用計算、大型數(shù)據(jù)中心、云計算中心領(lǐng)域推出的服務(wù)器處理器，采用完全自主的LoongArch指令架構(gòu)，16核心單芯片unixbench分值9500以上，雙精度計算能力達560GFlops，16核處理器峰值性能與典型ARM 64核處理器的峰值性能相當。

龍芯中科董事長胡偉武認為，隨著龍芯CPU性能的不斷提高以及龍芯基礎(chǔ)版操作系統(tǒng)的不斷完善，2022年起龍芯技術(shù)平臺的主要矛盾轉(zhuǎn)向了應(yīng)用生態(tài)，龍芯基礎(chǔ)軟件工作的重點，也要從操作系統(tǒng)與硬件結(jié)合轉(zhuǎn)向操作系統(tǒng)與應(yīng)用結(jié)合。今后，基于LoongArch的軟件生態(tài)明確三大發(fā)展方向：一是提供基礎(chǔ)版開源操作系統(tǒng)，二是通過高效二進制翻譯系統(tǒng)消除指令系統(tǒng)壁壘，實現(xiàn)廣泛兼容；三是形成自主編程語言和編程框架。

同時，為更好地實現(xiàn)提升兼容性，龍芯還推出了X86軟件兼容“三件套”，即龍芯辦公外設(shè)利舊通用解決方案、兼容IE的龍芯瀏覽器和dotnet生態(tài)建設(shè)。龍芯中科資深工程師曾露說，這是龍芯瞄準國產(chǎn)信息化建設(shè)的“堵點”的重要發(fā)力點，龍芯研發(fā)團隊將貫徹“3+10+X”的X86平臺應(yīng)用兼容適配策略，其中，“3”指的是“三件套”，“10”指的是X86平臺最常見的10個重點應(yīng)用，“X”指的是實現(xiàn)廣泛的X86兼容，從深度和廣度兩個方面共同推進龍芯生態(tài)的發(fā)展。

三、向云原生邁進的自研之路

云原生是當前的熱詞之一。Gartner預(yù)測，到2025 年，云原生平臺將成為95%以上新數(shù)字應(yīng)用的基礎(chǔ)，而在2021 年這一比例只有不到40%。熱潮之下，越來越多的企業(yè)和開發(fā)者開始推動業(yè)務(wù)與技術(shù)的創(chuàng)新向云原生演進。

Ampere Computing日前就公開了自研內(nèi)核的部分細節(jié)。這款被命名為AmpereOne的處理器基于5nm工藝制造，支持PCIe 5.0和DDR5，新產(chǎn)品已經(jīng)開始送樣。

之所以選擇自研，Ampere方面給出的解釋是因為公司開發(fā)的產(chǎn)品是專門針對于云，而不是其他數(shù)據(jù)中心或者其他客戶的應(yīng)用，因此只能從微架構(gòu)開始一直向上自己研發(fā)產(chǎn)品，才能給客戶提供專門的定制化服務(wù)，才能滿足客戶對性能、能效、可擴展性提出的日趨嚴苛的需求。

圖2、Ampere產(chǎn)品規(guī)劃圖（圖源：Ampere Computing）

“從性能角度考慮，Ampere希望能夠進一步地優(yōu)化微架構(gòu)，來實現(xiàn)更高層級的性能?！?Ampere Computing首席產(chǎn)品官Jeff Wittich說目前可供選擇的方法，包括持續(xù)增加內(nèi)核數(shù)量；確保內(nèi)核之間相互隔離，不會相互干擾；提供更低功耗，能夠滿足客戶創(chuàng)新需求的云服務(wù)器性能；通過使用自研內(nèi)核，加快處理速度，提高效率等等。

盡管沒有透露更多新一代5nm處理器的細節(jié)，也沒有與Arm Neoverse內(nèi)核性能進行公開比較，但已知的消息顯示，AmpereOne自研核不是基于Arm Neoverse V1或N2而研發(fā)的，不過仍以Arm ISA為基礎(chǔ)，并與Altra和Altra Max處理器互相兼容。未來五年內(nèi)，產(chǎn)品路線圖會更富創(chuàng)新性，性能更高、功耗更低，并且為云端賦予更多獨特的功能。

四、AMD 3納米Zen 5在路上

AMD在其2022年金融分析師日上分享了新的核心路線圖，概述了其到2024年的預(yù)計架構(gòu)和工藝節(jié)點增強。該路線圖包括基于Zen 4架構(gòu)的5nm和4nm CPU，以及基于Zen 5架構(gòu)的4nm和3nm處理器。

圖3、AMD產(chǎn)品規(guī)劃圖（圖源：AMD）

如上圖所示，Zen 4和Zen 5內(nèi)核芯片都被分為三種類型：“Zen 4/ Zen 5”標準內(nèi)核、配備3D V-Cache的內(nèi)核、以及“Zen 4c/Zen 5c”密度優(yōu)化內(nèi)核。但AMD沒有詳細標注出CPU核心路線圖的具體年份，只是給出了從2019年到2024年底的一條時間軸線。

新的第四代AMD Infinity架構(gòu)也特別值得關(guān)注。這種互連架構(gòu)支持CXL 2.0、UCIe互聯(lián)標準，可以將小芯片(Chiplet)、內(nèi)存和I/O芯片、甚至是GPU連接在一起，AMD正計劃將收購來的Xilinx IP以及來自第三方供應(yīng)商的IP也納入其中。

除了不斷研發(fā)高性能產(chǎn)品之外，AMD也正在通過收并購來增強自身在數(shù)據(jù)中心市場的實力。繼大手筆收購Xilinx之后，日前，AMD還以約19億美元的價格收購了DPU芯片廠商Pensando，使得AMD在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域也擁有了“高性能CPU+GPU+FPGA+DPU”的完整布局，進一步增強了與英偉達和英特爾競爭的底氣。

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五、用液冷GPU打造綠色數(shù)據(jù)中心

將這一理念落地的，是英偉達。

日前，英偉達發(fā)布了率先采用直接芯片(Direct-to-Chip)冷卻技術(shù)的數(shù)據(jù)中心PCIe GPU，這在主流服務(wù)器GPU中尚屬首例。從目前的市場進展來看，一些系統(tǒng)制造商已經(jīng)先行啟動使用計劃，下一步有望快速在更大規(guī)模的應(yīng)用中落地。

圖4、液冷NVIDIA A100 PCIe GPU(圖源：NVIDIA)

Equinix是一家全球服務(wù)提供商，旗下管理的數(shù)據(jù)中心超過240個，他們正在驗證A100 80GB PCIe液冷GPU在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用表現(xiàn)。在單獨的測試中，Equinix和英偉達均發(fā)現(xiàn)：采用液冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心工作負載可與風(fēng)冷設(shè)施持平，同時消耗的能源減少了約 30%。英偉達估計，液冷數(shù)據(jù)中心的電源使用效率(PUE)可能達到1.15，遠低于風(fēng)冷的PUE 1.6。據(jù)報道，2023年正式推出的HGX Grace和HGX Grace Hopper，也將推出風(fēng)冷和液冷兩種版本。

從Data Bridge Market Research數(shù)據(jù)來看，預(yù)測到2026年，液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將增長至1205億美元，與2018年14.3億美元相比翻了數(shù)十倍，年復(fù)合增長率高達30.45%。

英偉達2023財年第一季度財務(wù)報告顯示，其數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)收入創(chuàng)下37.5億美元的紀錄，同比增長83%，環(huán)比增長15%，超過游戲成為英偉達增速最快的業(yè)務(wù)。這其中，Hopper GPU、Grace CPU和BlueField DPU構(gòu)成的“組合體”，扮演著關(guān)鍵角色。

今年3月，英偉達發(fā)布了Hopper GPU架構(gòu)，以及首款基于Hopper架構(gòu)的GPU—NVIDIA H100；而在5月的COMPUTEX 2022上，NVIDIA則宣布從2023年上半年開始，將出現(xiàn)第一波由NVIDIA Grace CPU超級芯片和Grace Hopper超級芯片驅(qū)動的系統(tǒng)。

六、英特爾強化數(shù)據(jù)中心GPU

同樣是在5月，英特爾在“On產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新峰會”上公布了在芯片、軟件和服務(wù)方面取得的多項進展。其中一項就包括用于訓(xùn)練數(shù)據(jù)中心負載的英特爾Habana Gaudi2 AI處理器，據(jù)英特爾介紹，Gaudi2處理器的工作負載量幾乎是英偉達A100 80GB處理器的2倍。

此外，英特爾還公布了延續(xù)到2026年的IPU產(chǎn)品路線圖，其中包括基于全新FPGA和英特爾架構(gòu)平臺的代號為Hot Springs Canyon的產(chǎn)品，Mount Morga（MMG）ASIC，以及下一代800GB產(chǎn)品。希望通過專用的IPU強化加速功能，滿足基礎(chǔ)設(shè)施計算需求，加碼未來數(shù)據(jù)中心。

向高性能數(shù)據(jù)中心GPU領(lǐng)域進軍，拓展獨立GPU的優(yōu)勢，以此來滿足新興行業(yè)對于算力的需求，一直是英特爾的目標。為此，英特爾公布了代號為Arctic Sound-M(ATS-M)的GPU，這是英特爾在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域創(chuàng)新配備AV1硬件編碼器的獨立GPU，支持高質(zhì)量轉(zhuǎn)碼并提供每秒150萬億次的運算性能。據(jù)悉，將于2022年第三季度發(fā)布的ATS-M已經(jīng)獲得超過15款來自戴爾、Supermicro、思科、HPE、浪潮和新華三等合作伙伴的系統(tǒng)設(shè)計。

圖5、英特爾Arctic Sound-M數(shù)據(jù)中心GPU(圖源：英特爾)

在此次峰會上，英特爾還展示了基于內(nèi)置高帶寬內(nèi)存的代號為Sapphire Rapids英特爾處理器，以及代號為Ponte Vecchio的英特爾數(shù)據(jù)中心顯卡，該處理器與顯卡已經(jīng)在為阿貢實驗室的極光超級計算機提供每秒超過兩百億億次的雙精度峰值計算性能。

七、結(jié)語

群雄逐鹿數(shù)據(jù)中心行業(yè)，說明以數(shù)字技術(shù)為核心驅(qū)動的第四次工業(yè)革命正在給人類生產(chǎn)生活帶來深刻變革，數(shù)據(jù)中心作為承載各類數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的物理底座，其產(chǎn)業(yè)賦能價值逐步凸顯，并正成為全球戰(zhàn)略競爭的新焦點。

審核編輯：符乾江