一個(gè) GPU 總需要一個(gè) CPU，但 CPU 的選擇已經(jīng)不再單一，GPU 的功能也不再“簡(jiǎn)單”，曾經(jīng)穩(wěn)固的關(guān)系，不再是單純的合作。

四月份，英偉達(dá)發(fā)布了采用 Arm 架構(gòu)的首款數(shù)據(jù)中心 CPU Grace 引發(fā)廣泛關(guān)注。本月，外媒 Tomshardware 報(bào)道，像 CPU 一樣總需要一個(gè) CPU 的谷歌自研視頻編解碼處理單元 Argos VCU，預(yù)計(jì)可以替換 3000-4000 萬(wàn)個(gè)英特爾 CPU。

依賴 CPU 的 GPU 和 VCU 為什么會(huì)有替代 CPU 的勢(shì)頭？芯片巨頭與互聯(lián)網(wǎng)巨頭間的競(jìng)合關(guān)系，是如何加深的？

CPU 市場(chǎng)的雙重變化

回答 CPU 與其它依賴 CPU 處理器關(guān)系變化之前，不妨先了解 CPU 市場(chǎng)本身的變化。在很長(zhǎng)一段時(shí)間，由于 CPU 的性能已經(jīng)足夠滿足包括 PC 在內(nèi)的各種應(yīng)用需求，再加上內(nèi)存和帶寬成為 CPU 性能提升的瓶頸。CPU 王者英特爾在提升 CPU 性能動(dòng)力不足，以及先進(jìn)制程工藝進(jìn)展不如預(yù)期的情況下，連續(xù)多代 CPU 性能提升幅度不大，被稱作“擠牙膏”。

英特爾在領(lǐng)先位置緩慢前進(jìn)的幾年間，AMD 憑借 Zen 架構(gòu)的迅速迭代以及臺(tái)積電先進(jìn)制造工藝的加持，性能迅速接近甚至超越英特爾酷睿和至強(qiáng) CPU 的性能。“AMD Yes”表達(dá)了消費(fèi)者對(duì)于 AMD 產(chǎn)品迅速提升的認(rèn)可。

英特爾和 AMD 的 x86 CPU 是 PC 時(shí)代的標(biāo)志，然而在性能提升陷入瓶頸，以及先進(jìn)半導(dǎo)體制程提升難度越來(lái)越大的背景下，兩家最具代表性的 CPU 公司表現(xiàn)相差甚遠(yuǎn)，并且開(kāi)始在市場(chǎng)份額上有所體現(xiàn)。

依舊有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的英特爾感受到了老對(duì)手帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，因此無(wú)論是產(chǎn)品性能提升還是市場(chǎng)策略都更加積極。然而，英特爾在服務(wù)器 CPU 市場(chǎng)除了要面臨同為 x86 陣營(yíng) AMD 的競(jìng)爭(zhēng)，Arm 陣營(yíng)的公司也來(lái)勢(shì)洶洶。

Ampere 董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官 Renee James 說(shuō)：“我們知道未來(lái)將與過(guò)去不同，因?yàn)檐浖h(huán)境變了，不再是關(guān)于 PC 和 PC 服務(wù)器的業(yè)務(wù)，而是圍繞云和云邊緣。現(xiàn)在，需要另一種不同的微處理器。”

Ampere 基于 Arm Neoverse N1 內(nèi)核，推出了 80 核的 Altra CPU 和 128 核 Altra Max CPU，持續(xù)刷新服務(wù)器 CPU 核心數(shù)的紀(jì)錄，突出與 x86 CPU 相比更高的核數(shù)以及在云原生市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)。

同樣是強(qiáng)調(diào)差異化優(yōu)勢(shì)，英偉達(dá)的 Grace 主要是面向數(shù)據(jù)密集型 HPC 和 AI 應(yīng)用。英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛稱基于 Grace 的系統(tǒng)與英偉達(dá) GPU 緊密結(jié)合，性能將比目前最先進(jìn)的 NVIDIA DGX 系統(tǒng)（在 x86 CPU 上運(yùn)行）高出 10 倍。

無(wú)論是 Ampere 還是英偉達(dá)，其差異化高性能 CPU 的基礎(chǔ)都是 Arm。而 Arm 也在今年三月推出了面向未來(lái)十年的新一代架構(gòu) Armv9，Arm 希望將其架構(gòu)在智能終端的成功擴(kuò)展到高性能計(jì)算市場(chǎng)，包括邊緣、云端及 5G 等。基于 Armv9 架構(gòu)的 Neoverse N2 正是 Arm 向高性能市場(chǎng)拓展的關(guān)鍵產(chǎn)品。

整體看來(lái)，已經(jīng)在 PC 和服務(wù)器 CPU 市場(chǎng)大獲成功的 x86 陣營(yíng)正開(kāi)始一場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。此時(shí)，面向云計(jì)算、AI 的 Arm 架構(gòu) CPU 迅速發(fā)展，要在新興市場(chǎng)分一杯羹。未來(lái)，RISC-V CPU 會(huì)以怎樣的方式參與到 CPU 市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，也讓人充滿期待。

異構(gòu)時(shí)代，定制 CPU 優(yōu)勢(shì)突顯

CPU 市場(chǎng)發(fā)生雙重變化的一個(gè)關(guān)鍵因素是市場(chǎng)需求，在市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，CPU 的價(jià)值也更多體現(xiàn)在異構(gòu)系統(tǒng)中。英偉達(dá)在今年四月發(fā)布 Grace CPU 的時(shí)候，也同時(shí)將其數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品路線圖升級(jí)為 GPU+CPU+DPU 的三類芯片，逐年飛躍，一個(gè)架構(gòu)的策略。在這個(gè)新的策略中，GPU 和 DPU 性能的充分發(fā)揮依舊需要有 CPU 強(qiáng)大的性能，也就是說(shuō)，CPU 計(jì)算和控制的基礎(chǔ)和核心作用沒(méi)有改變。

變的是新興應(yīng)用對(duì)于算力的大幅快速增長(zhǎng)，異構(gòu)系統(tǒng)的性能是更重要的關(guān)注點(diǎn)。“目前市場(chǎng)上每年交付的 3000 萬(wàn)臺(tái)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中，有 1/3 用于運(yùn)行軟件定義的數(shù)據(jù)中心堆棧，其負(fù)載的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于摩爾定律。除非我們找到加速的辦法，否則用于運(yùn)行應(yīng)用的算力將會(huì)越來(lái)越少。”黃仁勛說(shuō)，“新時(shí)代的計(jì)算機(jī)需要新的芯片、新的系統(tǒng)架構(gòu)、新的網(wǎng)絡(luò)、新的軟件和工具。”

這也是英偉達(dá)推出 DPU，并且將 DPU 歸入其數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品路線圖的原因。“現(xiàn)代超大規(guī)模云技術(shù)推動(dòng)數(shù)據(jù)中心從基礎(chǔ)上走向了新的架構(gòu)，利用一種專門針對(duì)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)軟件而設(shè)計(jì)的新型處理器，來(lái)卸載和加速由虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全和其它云原生 AI 服務(wù)產(chǎn)生的巨大計(jì)算負(fù)荷。BlueField DPU 正是為此而生。”黃仁勛此前表示。

異構(gòu)組合才能更好滿足未來(lái)市場(chǎng)的需求，這也已經(jīng)是業(yè)界共識(shí)，從英特爾擁有 CPU+GPU+FPGA+AI 加速器的完整芯片組合，到英偉達(dá)宣布收購(gòu) Arm，再到 AMD 宣布收購(gòu)賽靈思，芯片巨頭們都希望通過(guò)不同類型的芯片組合滿足云計(jì)算、AI 等計(jì)算更加密集應(yīng)用的需求。

在這種變化中，CPU 的選擇也會(huì)更加多樣。Computex 21 上，黃仁勛在回答提問(wèn)時(shí)表示：“未來(lái)的世界非常多樣，當(dāng)然也會(huì)有不同的 CPU，包括 x86 架構(gòu)和 Arm 架構(gòu)，大型 CPU 和小型 CPU，面向邊緣、數(shù)據(jù)中心、超算等 CPU，我們的策略是在我們服務(wù)的市場(chǎng)，選擇最合適的 CPU，我們會(huì)繼續(xù)支持 x86 CPU。”

面向特定的市場(chǎng)，并非所有 CPU 都合適。因此在不同的市場(chǎng)需要不同的 CPU，比如在筆記本電腦市場(chǎng)，英特爾的 x86 CPU 是不錯(cuò)的選擇，在 DGX 系統(tǒng)中，AMD 的 CPU 表現(xiàn)非常好。在 5G 基站中，基于 Arm 的 Marvell CPU 是一個(gè)理想選擇。在云計(jì)算市場(chǎng)，Ampere 的 CPU 性能出色。英偉達(dá)的 CPU 為的是解決 AI 推薦系統(tǒng)和自然語(yǔ)言理解這樣大型 AI 模型的計(jì)算挑戰(zhàn)。

“我相信未來(lái)既需要通用 CPU，也需要定制 CPU。支持 Arm 和 x86 對(duì)我們來(lái)說(shuō)都是很好的戰(zhàn)略。”黃仁勛表示。

CPU 與 GPU、VCU 更加微妙的競(jìng)合關(guān)系

既有自研的 Arm CPU，也支持 x86 CPU，讓英偉達(dá)與 CPU 巨頭間的競(jìng)合關(guān)系中競(jìng)爭(zhēng)的成分更高。在 PC 時(shí)代，芯片巨頭間的競(jìng)爭(zhēng)，是 CPU 公司或者 GPU 公司之間的競(jìng)爭(zhēng)，CPU 與 GPU 公司以合作為主旋律。

邁入 AI 時(shí)代，英偉達(dá)憑借其 GPU 硬件加上通用的軟件，成為了 AI 芯片公司的代表，在 AI 市場(chǎng)成為了英特爾強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。面向市場(chǎng)空間巨大的云計(jì)算和 5G 市場(chǎng)，英偉達(dá)的 GPU 依舊離不開(kāi)英特爾和 AMD 的 CPU，但同時(shí)英偉達(dá)會(huì)更加注重 Arm 架構(gòu) CPU 的開(kāi)發(fā)，芯片巨頭間的競(jìng)合關(guān)系進(jìn)一步加深。

這種關(guān)系變化更明顯的轉(zhuǎn)變?cè)谛酒揞^與互聯(lián)網(wǎng)巨頭之間。比如文章開(kāi)頭提到的谷歌 Argos VCU，多年來(lái)谷歌都使用英特爾 CPU 中的視頻編解碼引擎，但隨著視頻內(nèi)容越來(lái)越多，以及分辨率越來(lái)越高，谷歌需要性能更強(qiáng)但是功耗和成本更低的芯片。

定制的專用芯片性能往往會(huì)比通用芯片更強(qiáng)，通過(guò)自研核心功能加上集成第三方 IP，能在規(guī)模應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。谷歌表示，與英特爾 Skylake 驅(qū)動(dòng)的服務(wù)器系統(tǒng)相比，其基于 VCU 的設(shè)備在性能、TCO（總體擁有成本）、計(jì)算效率方面實(shí)現(xiàn)了 7 倍（H.264）和高達(dá) 33 倍（VP9）的提升。

CPU、GPU 和配備 VCU 的系統(tǒng)離線雙通道單輸出 (SOT) 吞吐量

除了 VPU，谷歌也已經(jīng)通過(guò)自研的 TPU 減少了購(gòu)買 CPU 和 GPU。谷歌與芯片巨頭們的關(guān)系，不再單純是緊密的合作伙伴，在特定市場(chǎng)也成為了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

對(duì)于這種轉(zhuǎn)變，英特爾公司副總裁兼中國(guó)區(qū)總經(jīng)理王銳此前表示，“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可以在某一參數(shù)或者是在制程上縮短與我們的差距。但要打造整個(gè)架構(gòu)，在計(jì)算和 AI 的各個(gè)方面都要能夠趕超英特爾，不是那么容易的事情。”

這是芯片巨頭應(yīng)對(duì)技術(shù)、市場(chǎng)變化的自信和底氣，當(dāng)然，芯片巨頭們也需要更多地考慮與自研芯片的互聯(lián)網(wǎng)巨頭們的關(guān)系。

不要忽略，無(wú)論是芯片巨頭們之間的競(jìng)爭(zhēng)，還是芯片巨頭與互聯(lián)網(wǎng)巨頭們之間關(guān)系的變化，本質(zhì)上除了市場(chǎng)和應(yīng)用變化的驅(qū)動(dòng)，還有成熟的芯片產(chǎn)業(yè)鏈，包括成熟的設(shè)計(jì)工具、IP、代工廠和封裝，很大程度降低了 GPU 公司設(shè)計(jì) CPU，以及互聯(lián)網(wǎng)巨頭設(shè)計(jì)定制芯片的門檻。

芯片行業(yè)的門檻還在進(jìn)一步降低，這還會(huì)帶來(lái)怎樣的變化？