台积电的神秘嘉宾要以5nm工艺步上自研CPU之路，再闯英特尔、AMD服务器阵地

2018 年 12 月登场的“台积电供应链论坛”上，一家成立仅 10 个月的美国新创公司居然以神秘嘉宾身份，由当时刚接下台积电总裁一职仅 6 个月的魏哲家亲自介绍出场。当天演讲的嘉宾是安晟培半导体 Ampere Computing 创办人兼首席执行官 Renee James。

当日，很多与会嘉宾私下同问：“Ampere Computing” 这家公司是什么来头？居然享有如此 C 位出道的待遇，这难道不该是 Nvidia 黄仁勋或是 AMD Lisa Su 的位子吗？

Ampere Computing 华丽出场的背后，自然有不凡的身世背景。 Renee James 上一个工作的名片职称是 “英特尔总裁”，她在英特尔服务 28 年，一路从研发工程师升上总裁高位，于 2016 年离开英特尔，2018 年 2 月创立 Ampere Computing。

Ampere 的高管团队背景也是闪闪发亮：带领英特尔两代 Xeon 处理器设计的 Rohit Vidwans、曾领导英特尔微处理器的 Atiq Bajwa，以及曾担任英特尔云端业务资深总监的 Jeff Wittich。

2018 年全球服务器处理器产业有另外一桩大事。原本试图借着 Arm 架构处理器挑战英特尔 x86 霸主地位的高通，2017 年底浩浩荡荡宣布 Centriq 2400 处理器问世，却在 2018 年上半就鸣金收兵，解散整个服务器部门。当年，Ampere 顺水推舟接收了高通上百人的服务器处理器团队。

Ampere 的成立初衷，就是要撼动英特尔 x86 在服务器领域的霸主地位。

目前 x86 架构在数据中心服务器领域仍是主流，主要供应商为英特尔和 AMD，其中英特尔市场份额高达 90% 以上，Arm 架构在数据中心领域相对弱势，Ampere Computing 成立这四年来的成就，已将非常让 Arm 服务器阵营兴奋。

Ampere 首个推出的产品是基于 Arm 架构的 80 核心 64-bit 伺服器处理器 “Ampere Altra”，采用台积电 7nm 工艺，性能超越当时对标的 AMD 的 EPYC 7742 处理器和英特尔 Xeon Platinum 8280 处理器; 之后再推出的 128 核 Ampere Altra Max 处理器也是采用台积电 7nm 制程。

Ampere 成立这四年来，过去 18 个月中，80 核 Ampere Altra 和 128 核 Ampere Altra Max 处理器已经打入各大数据中心客户，目前全球有七大超大规模的数据中心都采用 Ampere 的产品，全球客户包括：

• 腾讯云 SR1基于 Ampere Altra 处理器

• 阿里云 c6r 和 g6r 基于 Ampere Altra 处理器，以及手机云游戏服务同样是基于 Ampere Computing 处理器

• 京东推出了两款基于 Ampere Altra 处理器; 一款用于计算、一款用于存储

• 优刻得 UCloud 提供搭载了 Ampere 处理器的云产品，满足密集计算的需求。

• 微软 Azure 虚拟机（VM）基于 Ampere Altra 云原生处理器

• 甲骨文云 A1 虚拟机和裸机基于 Ampere Altra 处理器

• Equinix Metals 推出了裸金属服务器实例，并在全球 18 个边缘节点部署了 Ampere Computing 处理器

• 美国云端服务平台 CloudFlare 使用 Ampere Altra 处理器，每瓦可多处理 57% 的互联网请求

• 德国数据中心运营商 Hetzner 发布了其第一款基于 Ampere Computing 云原生处理器的服务

• 其它：红牛车队、GenyMobile、墨尔本大学、布里斯托尔大学、耶拿大学的相关云环境应用中均采用 Ampere Computing 的处理器

• ODM/EDM 服务器供应商：富士康、技嘉、浪潮、纬颖等等

Ampere Computing 的首席产品官 Jeff Wittich 日前接受《问芯Voice》等小范围媒体专访时，谈到很多公司都寄望借着 Arm 核能在数据中心领域挑战英特尔的 x86 架构，但最后都以失败告终包括高通，Ampere 凭什么能以 Arm 核在云端服务器领域撕出一道破口来？

Wittich 表示，传统 x86 虽然已经在市场上应用数十年之久，但其最大的一个劣势是：并非针对数据中心所设计的，也不是专门为云端、云业务所设计。

传统 x86 处理器设计初衷和应用的场景，都是用在一些移动端或者是非云端的业务当中，会用在数据中心和云端业务中是因为当时并没有更好的选择。 

反观，Ampere Computing 推出了第一款针对于云计算的云原生的处理器，完全集中于云的需求和应用场景，比 x86 架构更具优势。举例，Ampere Computing 的处理器其中一个优势是可以抵御很多的用户干扰，且无论是从性能或是从安全性角度，采用 Ampere 处理器的客户都可以放心进行比较大的扩展，不用担心随着工作负载数量、压力增加而导致性能的下降。 Ampere 处理器现在最高是 128 核，将来核数还可能继续提高。

Wittich 进一步解释，Ampere Altra 和 Altra Max 部署在云端最大优势是性能，其高性能单线程内核，加上最大核心数和最低功耗，实现了在整个云工作负载中的领先性能。

Ampere Computing 的云原生处理器是通用处理器，可在云环境下运行所有应用。从 Web 服务到数据库到缓存解决方案，再到视频编码，甚至 AI 推理，在性能上超越传统 x86 处理器 3 倍之多，在性能功耗比上领先近 4 倍。

在省电的工作上，网络服务提供商 Cloud and Heat 和挪威的 Lefdal Mine 采用 Ampere Computing 处理器比传统的 x86 处理器除了更高性能之外，还实现耗能减半。

此外，Ampere Computing 也开拓新领域像是Cruise的自动驾驶汽车即是采用 Ampere 的云原生处理器。

Ampere Computing 除了当前采用台积电 7nm 制程的 Ampere Altra 和 Altra Max 之外，今年问世的重量级新产品 “AmpereOne” 问世有两个重大特色：

• 首度采用自研核

• 5nm 工艺支持 PCI Gen5 和 DDR5

Ampere Computing 的主力产品 Ampere Altra 和 Altra Max 都是基于 Arm Neoverse N1 微架构开发。针对下一代 5nm 工艺处理器 Ampere One 将首度转向自主研发 CPU 架构。

Ampere One 虽然在设计上并未使用 Arm 的 Neoverse 架构，但仍是会采用 Arm 授权指令集作为基础，以确保与 Altra 、 Altra Max 相关软件环境的相容性。

直接套用 Arm 的 Neoverse 架构，与采用 Arm 指令集开发自己的 CPU 架构，两者究竟有什么差异？

一般而言， Arm Neoverse 架构是由 Arm 设计出一个完整的 CPU 核心，使用者可以直接套用快速推出产品，缺点是很多架构的更动和升级会受到限制，或是会有一些用不到的功能闲置。

采用 Arm 指令集开发自己的 CPU 架构的优势，是可以根据需求弹性来进行设计，对于客户的需求可以更有针对性的开发产品，且因为仍是使用 Arm 的标准指令集，也能确保与 Arm 的环境相容。当然，有能力自己开发 CPU 架构的公司，都需要有足够资源的技术团队和实力。

Wittich 表示，Ampere 之所以要做自研核架构，是因为看到在云端市场飞速发展过程中，除了客户需求增加外，客户每年都对新的 CPU 也都会有更高的期待，包括在性能、能耗、可扩展性上。

他进一步表示，通过开发 Ampere Computing 的自研核架构，能够把所有的注意力和重心都放在客户的需求方面，去满足客户相应的要求，保证 Ampere Computing 每年一次的更新的频率，不但可以带来用户满意的产品，并在业内一直保持领先的位置。

不过，对于 AmpereOne 的自研核的一些细节，公司暂时卖个关子，预计要等到下半年产品发布时再公开更多细节。

另外，AmpereOne 将首度采用台积电的 5nm 工艺，试图让更多核能塞入 CPU 当中，并会支持 PCI Gen5 和 DDR5。同样地，AMD 重磅产品 Ryzen7000 也是采用台积电的 5nm 制程，也会在今年问世。