服務器中的CPU數(shù)量正在增長，制造這些處理器的供應商數(shù)量也在增加。

除了IBM的Power和Z系列是主要的例外之外，CPU服務器一般是多核的x86處理器。盡管不一定要更換x86處理器，但它們會通過新的處理器設計得到補充和擴充，以用于各種更專門的任務。

在最近的Top500超級計算機列表中，有140個超級計算機具有Nvidia GPU協(xié)處理器，而且這個數(shù)字只會增加。在未來5到10年內(nèi)，通用服務器將隨x86處理器，GPU，FPGA，Arm內(nèi)核，AI協(xié)處理器，5G調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)絡加速器一起交付。

這是公認的一種尺寸并不能完全適合應用程序處理。終端市場可能會四分五裂，所有這些都要求定制化的解決方案。結果，一定會導致計算的未來（尤其是在服務器端）是異構的。

TECHnalysis Research總裁兼首席分析師Bob O‘Donnell說：“人們發(fā)現(xiàn)，不同的芯片架構更適合于處理不同類型的工作負載。而且由于這種工作負載的多樣化將繼續(xù)，因此對多樣化計算的需求也將繼續(xù)。將會有其他必要的芯片。這并不意味著CPU會大量消失，但是其他類型的芯片將會有更多的多樣性。然后最大的問題將是互連封裝。”

英特爾在其XPU項目中采取了積極的態(tài)度，該項目將CPU，GPU（通過其新的Xe GPU），Altera的FPGA和AI處理器與API結合在一起。英特爾數(shù)據(jù)中心XPU產(chǎn)品和解決方案副總裁兼總經(jīng)理Jeff McVeigh說：“我認為未來的發(fā)展不會有一個統(tǒng)一的答案。但是會有很多種類型，從緊密集成的單片芯片到集成到系統(tǒng)級連接的多芯片封裝。”

Nvidia企業(yè)計算部門負責人Manuvir Das認為：“對不同計算體系結構的需求是由新數(shù)據(jù)類型驅動的。每個公司都有越來越多的數(shù)據(jù)可供使用。而且公司越來越愿意收集越來越多的數(shù)據(jù)。這樣做的原因是因為他們現(xiàn)在可以看到他們可以從數(shù)據(jù)中獲取價值。”

近幾個月來，隨著公司通過購買而非自然增長實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，半導體行業(yè)見證了相當大的并購活動。

英偉達（Nvidia）是一家多年來未曾進行大筆收購的公司，它突然打開了錢包，以70億美元的價格收購SmartNIC制造商Mellanox，以400億美元的價格收購ARM Holdings。

AMD計劃以350億美元的價格收購Xilinx，這是多年來的首次重大收購行動。

Marvell Technology以60億美元收購了Arm服務器芯片制造商Cavium，并以100億美元收購了網(wǎng)絡半導體制造商Inphi。

ADI公司已經(jīng)簽署了一項協(xié)議，以210億美元的價格收購Maxim Integrated產(chǎn)品。

O’Donnell說：“他們之所以多樣化，是因為他們都認識到必須擁有各種各樣的不同芯片架構。最困難的部分將是英特爾要使用一種API來做的事情，那就是，我如何采用這些多樣化的架構，并使它們可供人們使用？每個架構都需要不同的指令集，不同的編程方式，不同類型的編譯器等。”

一個或多個芯片？

那么問題就變成了主板上是否會有一塊大硅片，或者每個芯片組有多個插座？這幾乎不是一個新主意。片上系統(tǒng)（system-on-chip）已經(jīng)存在多年。但是SoC正在發(fā)生變化。

SoC設計通常會縮減處理器，尤其是GPU，以使所有這些芯片都適合合理的散熱范圍。僅具有完整CPU，GPU和FPGA的SoC的TDP約為700瓦，這對任何人來說都是完全沒有吸引力的。如果要進行包裝設計，則很可能會縮小處理器的規(guī)模。

系統(tǒng)和解決方案副總裁兼Rambus杰出發(fā)明家Steven Woo表示：“AMD已經(jīng)做了一些偉大的工作，表明可以將小芯片封裝用于CPU內(nèi)核和I/O芯片。而且，如果您想獲得更強大的功能，則可以構建整個小芯片，這些小芯片可能只是CPU內(nèi)核，一個是更多的神經(jīng)網(wǎng)絡引擎，也許是GPU，然后可以將它們組合在一起。”

英特爾的McVeigh可以選擇采用多封裝設計。“從存儲器帶寬的角度來看，單封裝設計顯然有好處，但是在每個封裝中可以裝多少東西也有限制。因此，我認為未來的發(fā)展不會有一個單一的答案。但是，從緊密集成的單片芯片到集成到系統(tǒng)級連接的多芯片封裝，將有多種選擇。”他說。

英偉達也對多芯片封裝的想法持開放態(tài)度，盡管它的愿景與英特爾類似。它提供所有的硅。Das指出，英偉達已經(jīng)擁有Tegra形式的Arm/GeForce SoC，以及結合了Mellanox ConnectX-6網(wǎng)絡控制器，Arm CPU和Ampere GPU的新型Bluefield 2數(shù)據(jù)處理單元（DPU）系列。按照Nvidia的發(fā)展路線圖，2022年的BlueField 4將在一塊硅片上配備所有三個CPU。

“如果僅考慮從現(xiàn)在起三年后以及從現(xiàn)在起五年后將要完成的計算量，那么如果您不這樣做的話，世界將負擔不起。因此，將有多種形式。當您靠近邊緣時，它將看起來將更傾向于集成解決方案，” Das說。

但這就是英特爾和英偉達將自己所有的IP包裝到一塊硅中。當兩家或更多公司合作的前景（例如，Marvell和AMD）時，這種觀點是令人懷疑的。

Supermicro的FAE和業(yè)務開發(fā)高級副總裁Vik Malyala表示：“這將非常困難。為什么英特爾或AMD會向Nvidia開放有關其處理器架構的所有內(nèi)容？英偉達也是如此。Nvidia為什么要開放其GPU的所有功能以與某人一起工作？所以說他們試圖購買Arm是有原因的。”

Arm基礎設施業(yè)務部門的營銷高級總監(jiān)Eddie Ramirez表示，多供應商芯片是有先例的。“如果您要看10年前的事，我們幾乎還沒有將您的設計與制造分開的初期階段。對于現(xiàn)在的SoC，這是司空見慣的。因此，在您談論的時間范圍內(nèi)，在5到10年內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)將發(fā)展到可以使用來自不同供應商的硅片構建FCM的地步。”他說。

但是，他質(zhì)疑鑒于不同的芯片具有不同的使用壽命，這是否是一個好主意。“擁有一臺帶有PCI卡的服務器是一回事，您可以更換卡。但是，當它們裝在一個包裝中時，您必須立即更換所有東西。這適用于不同的生命周期嗎？這是這里的有趣之處。”他補充說。

Malyala還指出，芯片供應商針對不同的性能場景提供了多種芯片，將一大堆集成到一個封裝中會限制客戶的選擇。例如，如果我是Xilinx，那么我有十幾個不同的FPGA。但是，如果我要在給定的硅片中放置一個硅片，那就是說這就是它的原樣，即使我的配置過多或配置不足，我也堅持這樣做。

CXL公式

服務器中非CPU處理器的當前解決方案是PCI Express卡。GPU，SSD，F(xiàn)PGA和其他協(xié)處理器占用一個PCIe插槽，并且服務器中只有太多空間可用于存儲卡，尤其是超薄1U和2U設計。

PCIe還具有作為點對點通信協(xié)議的局限性。由于Compute Express Link（CXL）協(xié)議可與PCIe以及其他自動協(xié)商交易協(xié)議一起使用，因此已迅速成為PCIe的替代協(xié)議。

McVeigh說：“當我們進入這些更復雜的體系結構時，真正需要的是可以支持對等通信的各種拓撲，以及能夠擴展這些拓撲的能力。PCI Express本身并不能解決所有這些問題。但是，對于您希望能夠進行升級的情況，顯然是從現(xiàn)有設計中升級，即您擁有單獨的卡，并且可能不需要完全的互連性，那么在那兒做得很好。”

CXL的一大優(yōu)點是它通過其快速連接將加速器放置在距離處理器更近的位置，更重要的是，它使連接到加速器的內(nèi)存成為系統(tǒng)內(nèi)存的一部分，而不是專用設備內(nèi)存。這可以減輕系統(tǒng)內(nèi)存的負擔，并減少必須移動的數(shù)據(jù)量，因為設備內(nèi)存（例如GPU）中的數(shù)據(jù)很容易看到，而無需在系統(tǒng)內(nèi)存之間來回移動。

無論多個處理器是在單個裸片上還是在多個裸片上，它們都必須以某種方式綁在一起，并且CXL被視為將它們綁定在一起的網(wǎng)格。PCIe有其用途，但它是點對點協(xié)議，而不是像CXL這樣的網(wǎng)格。另外，CXL允許處理器共享內(nèi)存，而PCIe則無法做到這一點。

“ CXL絕對是非常可信的，” Rambus的Woo說。“如果行業(yè)真正圍繞它發(fā)展起來，那將是新型互連發(fā)展的墊腳石，我們將圍繞節(jié)點之間相互連接所發(fā)生的事情對它進行更大程度的優(yōu)化。也許將處理器連接到內(nèi)存和分解方案，甚至將處理器連接到GPU和存儲之類的東西。”

Ramirez說，CXL出現(xiàn)的一個例子是在具有PCIe的不同端點之間具有一致的內(nèi)存訪問的概念。如果您試圖在一個加速器上進行一定數(shù)量的計算，并且需要與其他加速器進行通訊，則它們應該能夠直接講話，而不是使用“輪輻式”模型，在該模型中，一切都必須花一點時間才能完成。協(xié)調(diào)。拉米雷斯說：“ PCI Express本質(zhì)上不具備該功能。”

可能會有一種全新的標準在PCIe的良好組成部分基礎上發(fā)展，而忽略了不需要的部分。Woo指出，當兩個PCI Express設備首先開始互相通信時，它們使用PCIe Gen 1進行協(xié)商，然后逐步升級，直到找到可以通話的最高速度。

Woo說：“整個初始化序列要麻煩一些。如果您從芯片設計師的角度考慮問題，必須把所有這些Gate都放進去，它們將習慣于弄清楚我可以更快地講話，并且我不再使用那些晶體管了。擁有這種簡單的協(xié)議是有好處的。作為硅設計師，我寧愿將這些Gate用于其他用途。”

一個可以統(tǒng)治所有應用程序的API

而沒有軟件的硬件只是一堆金屬，因此，這些工作背后的真正問題是如何將它們組合在一起。英特爾的oneAPI程序提供了最完整的解決方案。oneAPI提供了用于計算和數(shù)據(jù)密集型領域的庫，例如深度學習，科學計算，視頻分析和媒體處理。

oneAPI可與用C，C ++，F(xiàn)ortran和Python編寫的代碼以及MPI和OpenMP等標準進行互操作。它還具有一組編譯器，性能庫，分析和調(diào)試工具，以及一個兼容性工具，該工具有助于將以CUDA編寫的代碼遷移到Data Parallel C ++（DPC ++），這是一種基于C ++和Khronos SYCL構建的開放式標準跨體系結構語言。

DPC ++擴展了這些標準，并提供了顯式的并行構造和卸載接口，以支持各種計算體系結構和處理器。當然，它支持英特爾，但McVeigh說，他希望其他芯片公司也采用它。

McVeigh說：“我們將其視為一項行業(yè)計劃，將這些異構架構與統(tǒng)一的編程模型結合在一起。而且我們已經(jīng)將其用作真正結合這些架構的關鍵要素，因此您可以使用一種通用語言，一套與OS供應商解決方案一起使用的通用庫（不僅是英特爾產(chǎn)品）對它們進行編程。”

O‘Donnell相信，該軟件解決方案將全面存在，從BIOS和驅動程序供應商到Linux發(fā)行版，如Red Hat Enterprise Linux和Canonical的Ubuntu。他說：“這是一個如此多層的堆棧。現(xiàn)在，它是全面的。我認為您不會看到任何解決方案。涉及的部分太多了。”

結論

服務器行業(yè)將需要更多的證明點來證明異構計算的有效性。但這不是尋找市場的解決方案。存在著許多市場，隨著邊緣的推出，正在開發(fā)新的市場。所發(fā)生的變化是，解決方案是針對它們量身定制的，而不是最終市場適應現(xiàn)有的最佳現(xiàn)成技術。

O’Donnell說：“從概念上講，我們將需要不同的芯片體系結構才有意義。我們需要一個單一的軟件平臺來利用它們，但是在這種硬件抽象層以及其他所有東西的幕后，它需要采取某種神奇的方式。”

隨著人們開始使用多芯片架構，我們是否將開始看到它按他們期望的方式工作？我們是否正在獲得人們期望的性能優(yōu)勢？劃算嗎？在現(xiàn)實世界中這實際上是如何工作的？

他說：“除了理論之外，這還有待觀察。” “我們將不得不在多個層面上看到這一點。英特爾將驅動它，但是您也會看到其他公司也嘗試驅動它。”

原文標題：服務器以后會變得越來越異構？

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責任編輯：haq