服務器芯片市場醞釀變局

半導體行業觀察_

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來源：內容由半導體行業觀察（ID:icbank）原創，作者：張健，謝謝。

本周，AMD發布了第二季財報，數據中心處理器市場表現優異，數據中心營收約占第二季營收的20%，知名分析師Srivastava認為AMD數據中心第二季年增長率達20%左右，預計全年將保持增長。

AMD CEO蘇姿豐（Lisa Su）表示，Zen 3 架構的 Milan 服務器 CPU增長顯著， Zen 2 Rome CPU 仍為主要收入來源。第二季度雲端客戶需求占比較大，由於雲客戶Milan CPU采用率加速，因此增長速度優於商用市場。

蘇姿豐看好第三季度數據中心，將繼續保持增長態勢，將全年營收增長率由50%上修至60%，這意味著將繼續在利潤豐厚的服務器芯片市場搶奪英特爾的市場份額。蘇姿豐預期，下半年，Milan CPU 采用率將迅速增加，第三季Zen 3銷量將超越Zen 2，其中主要由雲端高速運算（HPC）所帶動，而下半年商用需求增長力度也正在加強。

近些年，AMD的數據中心業務一直在穩步發展，EPYC（霄龍）服務器處理器已開始為全球500部超級計算機中的49部服役，與一年前的11部相比大幅上升。

價格戰

近幾年，英特爾一直受困於產能問題，導致其新產品的發展速度落後於AMD和英偉達等競爭對手。

上周，英特爾發布了Q2財報，盡管總營收和PC業務營收增長了，但數據中心部門營收65億美元，同比下滑9%，處理器ASP均價跌了7%，運營利潤則從31億美元下滑到了19億美元，運營利潤率從44%跌到了現在的30%。也就是越來越便宜了，價格戰已經拉開帷幕。這也證實了之前英特爾的表態，那就是在數據中心市場上，該公司可以為了保住份額而打價格戰。

此前，英特爾CEO Pat Gelsinger認為，在服務器CPU市場上，采用競爭性定價也是合適的，雖然會影響公司業績，但可以保住甚至增加市場份額。

考慮到英特爾的14nm工藝已經足夠成熟、最近10nm工藝成本大幅降低45%，采取價格戰的策略還是有底氣的，畢竟AMD的7nm工藝到現在為止依然成本很高，台積電的代工價格不便宜，7nm芯片代工報價上萬美元，5nm更是高達1.7萬美元，今年可能還要漲價。

對於友商降價、開打價格戰的做法，蘇姿豐表示，在數據中心處理器市場上，性能和總的擁有成本才是最重要的，價格因素是次要的。

從AMD的立場來看，他們現在的優勢主要還是超多核心，單插槽做到了64核128線程，5nm Zen4預計會進一步提升到96核192線程，算下來單位成本更低。

針鋒相對

2020年，英特爾和AMD都發布了其服務器處理器的產品預告和更新。進入2021年以後，雙方在該領域的競爭更加針鋒相對。

以具體的產品來看，今年早些時候，英特爾發布了第三代至強可擴展處理器 Ice Lake。該芯片基於 Sunny Cove 微架構，英特爾首次使用該微架構更新其第 10 代客戶端處理器。該處理器基於英特爾的 10nm+ 工藝。該芯片包括至少 28 個內核，與上一代至強可擴展產品中使用的 Skylake 架構相比，每時鐘指令 (IPC) 增加了約 18%。

英特爾稱，Sunny Cove 微架構有幾項重大改進，包括：新的片上系統架構，具有三個獨立時鐘的Ultra Path Interconnect 鏈路，用於多處理器連接；改進的、更高容量的指令前端和分支預測器；更寬更深的分配隊列和執行資源；翻譯後備緩沖區(TLB) 的增強，可減少訪問內存的延遲；更大的中級緩存 (L2) 加上第二個固定乘加來加速向量運算；加速加密和壓縮/解壓縮操作的指令；新的 I/O 虛擬化設計，為大負載和集成PCIe Gen 4 控制器提供高達三倍的帶寬；支持物理 RAM 的總內存加密；在電源管理狀態之間切換時具有更好的性能和更低的延遲。

在 2020 年架構日，英特爾表示代號為 Sapphire Rapids 的下一代至強處理器將支持 DDR5。英特爾在今年6月份表示，預計 Sapphire Rapids 將在 2022 年第一季度投入生產，預計 8 月份的 Hot Chips 2021 和 10 月份的英特爾創新日將提供更多技術信息。10nm至強Sapphire Rapids最多可以做到80核160線程，核心數上跟AMD的霄龍可以硬剛了，同時還支持8通道DDR5、PCIe 5.0，還集成了64GB HBM2內存，性能很強悍。

不過，Sapphire Rapids又延期了，本來是想在今年年底推出的，但受產能和工藝的限制，推遲到了明年上半年才能問世，AMD明年要推5nm Zen4了，預計會升級到96核192線程，這個比賽又得重新開始。

AMD方面，今年推出了多款新的客戶端、服務器和 GPU 產品，並通過其EPYC服務器處理器中的Zen 3內核擴大其性價比領先優勢。

與英特爾不同，AMD 跳過了 10nm 工藝節點，該公司一直在采用 台積電的7nm制程工藝制造芯片，並使用 Zen 3 的更新版本。

Zen 3 具有多項架構改進，包括：通過更大的 L1 緩存進行更好的分支預測，更快地從錯過的預測和算法改進中恢複；通過更大的執行窗口、更低的延遲、更寬的整數執行單元、更快的乘法累加和其他變化，更快的執行引擎；更高的加載存儲帶寬、加載存儲操作的更大靈活性以及對 TLB 的改進。

Zen 3 的最大變化是采用了chiplet（小芯片）拓撲，其中每個 8 核小芯片圍繞單個 32 MB 三級緩存進行組織，而不是分成兩個 4 核/16 MB 緩存複合體。該設計使每個內核可用的 L3 空間加倍，減少了任何兩個內核之間的有效內存延遲。總的來說，這些改進意味著與 Zen 2 相比，Zen 3 的 IPC 提高了 19%，每瓦性能提高了 24%。

Zen 3 產品使用與現有 EPYC型號相同的小芯片封裝，帶有圍繞一個 I/O 內存模塊的八個 8 核處理器芯片。

AMD 的路線圖表明，采用新5nm工藝的 Zen 4 Genoa 處理器將於 2022 年問世。

展望

雖然數據中心業務持續下滑對英特爾非常不利，但Pat Gelsinger仍積極面對AMD的競爭。為此，英特爾上個月還進行了組織調整，將更多資源放在高性能運算（HPC）業務上。

Pat Gelsinger表示，目前Tiger Lake CPU的交貨優於預期，迄今已出貨超過5000萬個，預計下半年Alder Lake將出貨數百萬個，Meteor Lake仍有望在2023年投產。此外，Pat Gelsinger相信Ice Lake處理器具有強大的競爭力，預計受益於Ice Lake，數據中心下半年表現將優於上半年。

雖然Pat Gelsinger顯得信心滿滿，但相較於AMD依靠台積電強大的出貨能力，英特爾最大的問題就是新產品延遲量產，這已經是該公司的老問題了。該公司最近的兩次至強處理器更新都比預定時間晚了兩個季度到達客戶手中，在一個通常每年都進行升級的市場中，公司可能會因為如此大的失誤而錯過升級周期的一半，客戶不太可能在一個季度的延遲內改變他們的升級計劃。而其最新的Sapphire Rapids處理器的量產出貨時間依然從今年年底延遲到了2022年初。

對英特爾及其客戶而言，好消息是 Sapphire Rapids是一次重大升級，結合了多項新技術以提高性能。它配備了新的CPU核，這是 Jim Keller 的心血結晶，這位超級明星設計師在跳入競爭的另一端（去年離開英特爾）之前重振了 AMD 的 CPU。新 CPU 有望在大多數軟件上帶來強勁收益，並增加 AI 加速功能，幫助部署該熱門技術的客戶。

即使有延遲，Sapphire Rapids 仍應在 AMD 的下一代服務器處理器 Genoa 之前進入市場。這將使英特爾在為服務器客戶提供 DDR5 和更快的連接方面略微領先，因為Genoa支持相同的功能。更重要的是，新的 CPU 設計可以使英特爾在每核性能等關鍵指標上趕上甚至超越其競爭對手，而 AMD 的 EPYC服務器處理器目前在該領域處於領先地位。

英特爾的至強新品總是跌跌撞撞，而AMD 的性能領先優勢幫助該公司在過去幾個季度中的每個季度都從英特爾手中奪得服務器市場份額。對於未來幾個季度的新服務器市場，EPYC將繼續提供領先的每瓦性能，為 CIO 提供強大的至強替代方案，用於除 AI 之外的應用程序。然而，在 2022 年，英特爾有機會借助 Sapphire Rapids 實現反彈，提供更高的性能和新技術。現在，關鍵是確保產品不會遭受任何額外的延遲，並且未來的至強項目能夠保持其進程。

Arm攪局

過去幾年，基於Arm架構的服務器芯片一直在強化其在數據中心市場的存在感。包括AWS 在內的幾家大型雲提供商正在其數據中心部署基於 Arm 的芯片。去年，結合了 Arm CPU 和 GPU 加速器的富士通 Tomitake 超級計算機在日本的 Tomitake 中心運行，贏得了世界上最快的超級計算機稱號。

今年3月，Arm 發布了下一代 Arm CPU架構Arm v9，Arm 稱，新芯片在數字信號處理和機器學習等領域優於舊型號，使 Arm 系統總體上更加穩健且安全。

與數據中心處理器市場領導者英特爾和 AMD相比，Arm在先天功耗優勢的基礎上，性能越來越接近。

目前，Arm正在嘗試更改所有權，這取決於 Nvidia對其發出的收購能否獲得各國監管部門的通過。Nvidia已將其大部分數據中心產品路線圖押注在 Arm 架構上。

一些最大的雲供應商已全力支持 Arm。與本地數據中心一樣，雲數據中心中運行的大多數 Arm 服務器都位於 SmartNIC 等設備上，用於從 CPU 卸載網絡處理任務。

今天，Arm處理器的首要用途是以太網適配器或 SmartNIC。它支持網絡協議、存儲協議或任何類型的SDM（安全設備管理器）在以太網適配器上的 Arm 處理器上運行的功能。這意味著 CPU 不必執行協議，從而減少 CPU 並加快數據傳輸。這可能是當今最廣泛的應用。

隨著越來越多的雲服務器提供商開始向其客戶提供 Arm 服務器，這種情況在過去幾年發生了變化。

AWS 擁有 Graviton 2，中國的一些 CSP 來自華為。今年，我們會看到更多大型超大規模 CSP 發布公告，並推向市場，所有大型基礎設施和服務提供商將擁有基於Arm的應用案例。

結語

在數據中心處理器市場，AMD步步緊逼，英特爾壓力山大，而Arm陣營也在虎視眈眈，一點點積蓄著力量。未來的市場競爭局面將會越來越複雜，同時也給後來者提供了更多機會。