ARM楔入數據中心

趙艷秋

“不快那么多，只快一點點。”百度首席云架構師林仕鼎在微博中說。

他所說的“快一點點”的事，是今年1月百度南京數據中心開始商用ARM存儲服務器，這在全球的數據中心中尚屬首例。也在1月，Facebook在美國硅谷舉行的一個探討數據中心新架構的大會上，也首次在公開場合談論ARM。顯然，百度快了一點點。

為百度提供這個ARM存儲服務器芯片的Marvell公司，目前正積極尋找可以復制百度案例的市場機會。知情人士說，淘寶正在測試ARM存儲服務器。

做手機、平板電腦業務的ARM軍團，正在數據中心市場蕩起一圈圈漣漪。

互聯網公司推動的變革

數據中心為什么要嘗試ARM？

“根本動力來自新業務的推動。”ARM服務器與企業應用市場部經理邵巍說。她以“冷存儲”為例，新興互聯網應用如社交網站，正遇到一個棘手問題——Facebook 用戶每天要上傳3 億多張圖片，但最多幾周，人們就不會再去查看它們了。可根據用戶協議，Facebook也不能把它們刪除。于是，他們每年要耗費大量金錢存儲管理這些照片。像騰訊，一年在這種服務器上的花費就在上億元。由此，互聯網巨頭們引發出一個新構想，對這些照片進行“冷存儲”，就是建設一個新型數據中心，能夠在低能耗、低成本條件下，保證海量數據的存儲和訪問速度。

Marvell全球副總裁、大中華區總經理張暉也觀察到，云計算、大數據時代到來以后，給數據中心商業模式上帶來的不同。傳統企業級業務像股票交易，對運算性能的要求極高，在這些業務中，數據也是規則的，數據中心一般采購高可靠性的一體化系統、商用軟件來運營業務。當運行壓力加大時，數據中心一般采用一種Scale up，即縱向擴容方式，使用“大個子”CPU、“大個子”存儲以及大型服務器，來解決運行壓力。

但自從云計算、大數據時代到來以后，用戶習慣把不同數據都“丟”到數據中心來，他們會時不時地使用各種移動互聯設備訪問數據，數據變得不規則，業務瞬息萬變，很多業務對運算的要求也沒那么高了，例如僅僅處理一個個訪問請求。于是，數據中心有了一種Scale out擴展方式，即橫向擴容，由不同“小個子”芯片處理不同需求，系統也成了開源的。“ARM在這方面存在不小的機會”。

另一個關鍵是，“大個子”商用系統和“小個子”開源系統，兩套體系的商業模式完全不同，Scale out擴容成本往往低于Scale up，這符合互聯網公司對成本壓力的考量。

就像Facebook硬件設計及供應鏈副總裁Frank Frankovsky說的那樣，現在，他們關注和提升數據中心在每美元、每瓦之下產生的利潤——這代表了大部分互聯網公司的方向。當數據中心變成了一種生產工具后，其他很多因素，如耗電、成本、運營費用，不再是單純的計算型服務器所能滿足的。

百度下決心使用新架構的動力也基于此——林仕鼎介紹，新的存儲服務器功耗降低50%，存儲密度提升75%，成本降低25%。

百度對這樣的結果感到滿意，他們將在自己的數據中心中加以推廣。Marvell張暉說，下一步，Marvell也會把百度案例復制到其他客戶，現在關鍵是要找到具有同樣需求的企業：這些企業有節能、降成本的壓力，應用軟件一般是開源的，應用模式更適合Scale out擴容方式。

當互聯網公司開始行動后，產業鏈其他環節巨頭不得不考慮革新：

最早介入互聯網服務器生意的戴爾在全球第一個嘗試開發ARM服務器，該服務器代號Copper。這是一款功能比較綜合的服務器，目前還在測試中。戴爾稱，到2016年，20%的服務器將由一個“與你手機中沒什么不同的芯片驅動”。

惠普也在研發適應新數據中心需求的服務器Moonshot。“Moonshot服務器將是高密度、低功耗的革新產品。它將提供盡可能多的處理器種類。除了英特爾，還會有AMD；除了x86，還會有ARM和DSP；合作伙伴包括英特爾、AMD、德州儀器、AppliedMicro以及Calxeda。”惠普工業標準服務器中國總經理蕭建生說。

今年3月底，Marvell和ARM剛剛在北京舉辦了一場ARM服務器研討會。“會議規模有五六十人，來的有互聯網公司、三大電信運營商、服務器制造商、軟件企業甚至銀行客戶。”參與這次研討會的一位服務器企業人士說。會場上擺放了一臺ARM存儲服務器樣機，這臺樣機與在百度南京數據中心商用的ARM存儲服務器是一樣的。“大家圍在這臺服務器旁討論得非常熱烈。”這位人士說，“會一結束，這臺樣機就被一家服務器制造商抱走了。”

在這次研討會上，大家最關注的問題之一是64位ARM服務器什么時候在數據中心商用？對此，ARM的回復是2014年底。

可怕的ARM模式

ARM的商業模式很獨特。

ARM不提供芯片，只提供低功耗、低成本、高效的處理器核心。芯片企業可以把自己獨特的專有技術和ARM核心結合起來，做出不同芯片，扎根于不同市場。這些年，ARM被合作伙伴“帶入”手機、平板電腦、數字電視、機頂盒、工業控制、移動醫療、導航等多個市場。這有點像螞蟻雄兵。

據說，ARM考慮服務器這件事，也源自亞馬遜的一次來訪。這家互聯網巨頭告訴ARM，“你們要考慮云服務，這是一個正確的方向”。在這之后，ARM先使用合作伙伴Marvell的芯片搭建了一款服務器，把ARM自己的網站放在上面試運營，自此踏入這個新市場，組建團隊、規劃產品。

數據中心不外乎三件事——高效運算、海量存儲和大容量數據交換。現在， ARM合作伙伴正從四面八方涌入這個市場。過去在這個市場中，芯片平臺主要是英特爾的X86，也有一些飛思卡爾的PowerPC。

在百度項目中，ARM介入了存儲服務器領域。“百度為什么會選用Marvell芯片，因為Marvell在存儲技術上有優勢。”一位看到過百度存儲服務器的人士說。存儲的一個核心技術是讀寫時的糾錯算法，“這是很多博士十幾年的累計”，Marvell在這方面是業界第一。

在高端交換機市場，去年一些芯片公司授權了64位ARM核，也有意轉向ARM，過去這是飛思卡爾PowerPC等的天下。

最近，芯片企業德州儀器嵌入式處理器和無線產品中國區業務發展總監程曉偉已開始拜訪互聯網巨頭。德州儀器在數字信號處理器（DSP）方面無人能及，他們利用自己的DSP結合ARM做出了一種芯片，適合視頻網站的搜索服務器。

“我們估計采用德州儀器芯片的服務器將會主打廣電市場，因為德州儀器在這個市場的根基比較深。”一位數據中心人士說。

就這樣，ARM合作伙伴正在研發存儲服務器、視頻搜索服務器、高端交換機、靜態Web服務器、內容服務器、大型緩存服務器、離線搜索服務器......

“你會看到市場上有不同的芯片出來，它們關注和擅長的領域是不一樣的。用戶很容易選擇一個既不貴又很完美的產品。”ARM邵巍說。

當然，要開拓數據中心市場，一個關鍵問題是軟件生態環境的建立，這不是一件易事。

2010年，ARM、三星和德州儀器等企業共同成立了非盈利組織Linaro，推動基于ARM架構開放源碼軟件Linux的開發；2012年底，Linaro又成立了Linaro Enterprise Group組織，簡稱“LEG”。有趣的是，ARM內部把這個組織戲稱為“腿”，希望這條腿能支撐起ARM服務器的生態系統，目前共有13家公司參與，包括Facebook、三星、惠普、Redhat、Marvell、AMD等企業，也包括一家中國企業——華為旗下的芯片公司海思半導體，這也是中國國內最大的半導體公司。ARM中國區總裁吳雄昂說，他們希望邀請到更多國內的合作伙伴，加入到這個軟件生態體系中。

軟件生態系統通常分三個層次：操作系統、工具鏈和上層應用。ARM邵巍說，他們從最基礎的操作系統和工具鏈開始，一點點往前推進到應用。目前，他們與主流開源操作系統公司Redhat（紅帽）和CANONICAL合作；工具鏈與最標準的GCC合作；在數據庫方面，2011年底，Oracle宣布C2JIT對ARM支持，這是一個風向標。

而面對過去多年架構在X86平臺上的大量應用，邵巍承認，這確實存在一個規模問題，需要時間。

艾默生網絡能源的劉海峰說：“我們這些做服務器設備的，都是懂設備、懂網絡的。ARM過去一直做消費電子，讓ARM工程師來做網絡會很難。同樣，讓我們這群人去做消費電子，估計也不靈。”很多復雜的軟件是不能直接通過工具自動編譯轉換的，還要靠手工，有難度，工作量很大。這道出了軟件生態的難度。

目前看來，能夠用好ARM服務器的企業，自己需要強大的軟件開發能力。

“百度技術強就強在這里。”Marvell張暉說，“應用軟件都是他們自己開發的。”百度林仕鼎介紹，他們的軟件開發前前后后用了半年時間。

不過，在生態系統完善上，ARM商業模式的優勢再次凸顯。它的合作伙伴在其間發揮積極作用。戴爾去年底稱，他們正在努力發展ARM服務器生態系統。他們推出一個舉措，任何從事ARM服務器軟件開發的企業都可以考慮通過遠程方式在其Copper服務器上進行測試。

英特爾的反擊

“進去了就要堅持住”。

一位曾在AMD公司與英特爾打過多年爭奪戰，現在又在拓展數據中心業務的資深人士說。“大家要做好準備，英特爾會報復，而且會報復得很猛烈”。

應對ARM的介入，英特爾的反應速度很快。去年12月，英特爾推出了狙擊ARM“小個子”芯片、功耗為6 瓦的英特爾凌動處理器。惠普在今年4月首個高密度、低功耗的商用服務器Moonshaot中，就搭載了這顆處理器。

英特爾公司副總裁兼數據中心與互聯系統事業部總經理柏安娜女士稱，幾年前，他們就意識到市場對高密度、高能效比服務器的需求，開始研發部署。

在今年英特爾信息技術峰會上，當和記者談及ARM進入數據中心問題時，柏安娜先強調了英特爾過去多年積累的軟件生態系統：“你可能也知道，現在全球97%的應用都是基于英特爾架構的；在商業應用中，大概有上百萬的應用都已經在英特爾架構上了。所以，我們比ARM架構具有的一個很重要優勢——就是軟件兼容性。”

同時，柏安娜也提及64位計算、虛擬化技術以及自動糾錯，這些目前正是ARM陣營正在追趕的。另外，她也提及英特爾與百度和騰訊在定制方面的合作。

業內人士說，這是“一場時間上的賽跑”。

英特爾正在緊鑼密鼓研發下一代高密度、低功耗平臺，代號為“Avoton”，將采用22 納米工藝制造，基于它的首臺服務器系統有望于 2013 年下半年推出。

ARM陣營在攻克64位產品，如果ARM 64位產品推出，將對其開拓數據中心市場增添競爭力。ARM64位芯片有望在今年底或明年初推出。ARM合作伙伴AMD全球副總裁John Williams對記者說，他們計劃在2014年推出基于ARM的皓龍（Opteron）處理器。而ARM稱，其64位產品產業鏈成熟時間約在2014年底。

產品推出的速度和性價比，有可能決定市場的取舍和走向。

現在，產業鏈各環節都面臨選擇。

在國內互聯網巨頭中，對于新數據中心架構，大家的態度和步伐并不相同。面對市場上日漸增多的選擇，百度選擇了“嘗鮮”，而騰訊和阿里則在綜合整體架構和應用的情況下謹慎評估。

國內設備供應商也在思考。“我們看到過百度的ARM存儲服務器，它的高密度和低功耗確實是我們產品現在無法做到的；但在它之上跑的軟件需要重新開發，這是它的問題。” 一家做X86存儲服務器的企業人士說，“每個硬件廠商都有它的根基，我們是做英特爾起家的，我們在戰略上未來會以英特爾為主，但我們也在關注研究ARM的舉動。”

2011年加入ARM的邵巍，剛開始負責的是企業應用，今年初，她從企業部門橫跨到數據中心業務。她說，從長期預測來說，數據中心服務器的用量要遠遠超過企業服務器用量，中小企業最安全、最省事、最便捷的運營就是一切上云，而ARM關注的就是這批新興的云服務數據中心。“未來，我相信我的主要力量是在服務器這邊，因為這是一個更大、更重要的市場”。

Marvell張暉說，ARM在服務器市場最近幾年會有突破。“最近甚至有客戶來找我們，想把手機上類似憤怒小鳥的游戲放在服務器的云端上跑，讓我們提供解決方案。這可能要用ARM方案來做，因為畢竟現在手機的大部分應用都基于ARM。因為手機終端的驅動，數據中心會有這個發展趨勢”。

AMD全球副總裁John Williams說，ARM和x86將在服務器市場共存。運行傳統IT業務的X86軟件擁有一個很大的用戶數，而64位ARM解決方案在全新高密度、開放源代碼應用上則有不小機遇。

面對ARM的競爭，英特爾柏安娜打了個手勢說：“你也知道，我們的策略就是讓我們要在所有負載下都有相應的產品。”

“從2012年到2025年這10多年間，人類的數據量將增長1000倍，但半導體的密度和性能只能增長25倍，這中間有40倍的鴻溝。”德州儀器程曉偉對記者說，“我對服務器市場充滿興趣，因為有很多不確定的事，這就是魅力之所在。”