作為云計算、大數(shù)據(jù)時代的核心裝備，云服務器已成為服務器領域技術競爭的主戰(zhàn)場。全球云計算市場總體持續(xù)增長。2016 年以 IaaS、PaaS 和 SaaS 為 代表的典型云服務市場規(guī)模達到 654.8 億美元，增速 25.4%，預計 2020 年將達到 1435.3 億美元，年復合增長率達 21.7%。我國云計算市場總體保持高速增長趨勢。2016 年我國云計算整體市場規(guī)模達 514.9 億元，整體增速 35.9%，高于全球平均水平。其中，私有云市場規(guī)模 344.8 億元人民幣，年增長率 25.1%，預計 2017 年增速仍將達到 23.4%，市場規(guī)模將達到 425 億元人民幣左右。（信通院《云計算關鍵行業(yè)研究報告》）

中央處理器（CPU），尤其是服務器的CPU是現(xiàn)代以云計算和大數(shù)據(jù)為主要驅(qū)動的信息行業(yè)硬件中的核心部件。根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)顯示，2017年全球X86服務器市場廠商銷售額為525億美元，出貨量為1139萬臺。中國X86服務器市場銷量額約123億美金，占全球的23%。這其中，Intel CPU服務器占有95％以上的市場份額，可以說，一臺服務器1/3的錢都是給了Intel。全球X86服務器市場一年1000多萬臺的出貨量，對應芯片就是近2000萬片（目前市場服務器75%以上是雙路服務器），而且據(jù)說英特爾服務器芯片的毛利率可達70%。

因為壟斷，服務器芯片不受摩爾定律的影響，產(chǎn)品的定價基本就是一言堂，除了少數(shù)規(guī)模大的用戶能有些許折扣，絕大部分用戶的議價空間非常有限。中國每年要購買500萬片以上的服務器芯片，花費超過40億美金，占全球1/4的市場份額，采購金額卻是全球的1/3，在服務器芯片市場，中國用戶深受卡脖子之痛，有一種被一家獨大所籠罩的窒息感和恐懼感。尤其是在蓬勃發(fā)展的云計算、大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)過程中，一旦出現(xiàn)如中興禁售事件，如此龐大的市場和緊密關聯(lián)的產(chǎn)業(yè)耦合，受影響的就不是中興一家公司了，而是整個以服務器平臺為基礎設施的信息化產(chǎn)業(yè)，從電子終端、外賣服務到共享單車的眾多行業(yè)將處于停滯，甚至消失。最根本的問題就是一家壟斷，無他選擇！

其實這不是單單中國的問題，而是全球除美國之外所有國家的問題。只是本次中興禁售事件讓人們更加關注中國服務器CPU的發(fā)展問題，畢竟中國在云計算和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)今是如此興旺，也是中國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)升級的重要一部分。中國在服務器CPU的發(fā)展上一直處于追趕的階段，政府和社會也在服務器CPU的發(fā)展上投入了巨大的資源，期待能實現(xiàn)國產(chǎn)化安全可控的CPU替代產(chǎn)品，來打破英特爾在通用服務器CPU的壟斷地位。

中國服務器CPU的現(xiàn)狀

如今國內(nèi)正在研制的處理器所采用的指令集架構(gòu)包羅萬象，最活躍的有MIPS架構(gòu)的龍芯，Alpha 架構(gòu)的申威，Arm架構(gòu)的飛騰，海思，華芯通。其中，龍芯與申威由于指令集產(chǎn)權(quán)的高度自主，一直在堅持完全自主研發(fā)核心技術，創(chuàng)建自己的生態(tài)系統(tǒng)；基于Arm架構(gòu)的飛騰，海思和貴州華芯通則選擇了產(chǎn)權(quán)授權(quán)更加商業(yè)化，靈活度和自主度更高的指令集架構(gòu)授權(quán)，同時借助Arm由終端逆推進軍服務器市場而越來越成熟的生態(tài)系統(tǒng)。

在黨政軍等對安全可控要求非常高的特定領域，目前完全自主研發(fā)的服務器處理器，如龍芯和申威經(jīng)過長期的努力和技術積累已經(jīng)從基本可用做到了基本好用，取得了非常喜人的進展，在這些領域的一些應用場景已基本可以滿足需求，可以說在某些領域和應用場景已經(jīng)擺脫了壟斷威脅，實現(xiàn)了自主可控的產(chǎn)業(yè)圈。但是，我們不得不承認，在更廣闊的并且與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P的商業(yè)市場，如云服務數(shù)據(jù)中心，大數(shù)據(jù)分析，人工智能計算平臺，智慧城市基礎設施，政務云，工業(yè)關鍵基礎設施等等，我們自主研發(fā)的產(chǎn)品無論是在計算性能，穩(wěn)定可靠性和生態(tài)兼容性等多方面依然存在相當大的差距，很難實現(xiàn)大規(guī)模的部署和替換，依然需要相當長時間的努力和發(fā)展，最終高度自主可控的產(chǎn)品能徹底改變?nèi)缃駢艛嗟母窬?，成為通用高性能服務器產(chǎn)業(yè)中的重要一只力量，這也是所有國人所期望的！

那么在這之前呢？我們不能消極等待更不能急功近利，需要多條腿走路，需要長、中、短不同時間路程的解決途徑，多種路線經(jīng)過市場錘煉和篩選，最終在服務器產(chǎn)業(yè)中形成至少2-3種架構(gòu)，3-4個重要廠商，各有千秋各有專攻，做到在全球信息技術中做到你中有我，我中有你的局面，如此才能解決被卡脖子的“恐懼感”。那么從目前市場趨勢、技術發(fā)展和生態(tài)環(huán)境觀察，Arm架構(gòu)的服務器CPU是最有希望在短期內(nèi)實現(xiàn)x86替代的選擇，成為打破一家壟斷的最強勁的力量。

Arm架構(gòu)服務器CPU的啟動

眾所周知，現(xiàn)今在以云架構(gòu)為主的信息技術體系中，通用服務器CPU處理器的市場成功最終取決于指令集的統(tǒng)一性不碎片化、芯片產(chǎn)品高性能和高穩(wěn)定性，軟硬件生態(tài)環(huán)境的開放和培育，開放的商業(yè)模式和產(chǎn)業(yè)合作。當前最活躍也是最成功的兩個指令集是在PC和服務器端成功的x86和在終端嵌入式成功的Arm。從好幾年前開始投入巨資試圖進入市場到最終以失敗結(jié)束，英特爾的x86架構(gòu)在移動終端的嘗試其實也是目前Arm架構(gòu)旗下幾個重要玩家正在進行的一場拼殺，只是現(xiàn)在剛剛開始不久，結(jié)果未定！

先看看英特爾這個巨人為什么會在移動終端失敗。難道是x86指令集架構(gòu)過時了存在移動市場先天缺陷嗎，還是因為 Arm 架構(gòu)的性能太好x86無法實現(xiàn)，或者是Arm的低功耗英特爾根本在技術上就做不到呢？這些都不是，在處理器集成晶體管數(shù)量已達數(shù)十億級甚至上百億的今天，單單從指令集的架構(gòu)就能完勝的神話根本沒有任何說服力，更何況英特爾這樣的半導體芯片頂級廠商，其技術絕對不會成為英特爾的問題。x86架構(gòu)“閉關鎖國”的封禁態(tài)度和Wintel的雙頭壟斷模式才是其在移動市場失敗的根本原因。這種壟斷和綁定的模式令英特爾享受著高額的利潤和能把控除了CPU芯片還包括其他生態(tài)體系的優(yōu)越感，但對于下游的客戶及合作伙伴來說卻意味著被動和壓榨。所以在移動市場，Arm開放的商業(yè)模式一出現(xiàn)便顯現(xiàn)出了眾人拾柴火焰高的快速發(fā)展，最終在終端和嵌入式領域取得巨大的成功。

于是Arm攜這種開放的商業(yè)模式開始進軍服務器市場。

開放的Arm商業(yè)模式

Arm的授權(quán)類別

Arm架構(gòu)的授權(quán)方式有三種：架構(gòu)層級授權(quán)、內(nèi)核層級授權(quán)(也就是所說的IP核授權(quán)，又分為軟核與硬核兩種) 、使用層級授權(quán)。

使用層級授權(quán)，要想使用一款處理器，得到使用層級的授權(quán)是最基本的，這就意味著你只能拿別人提供的定義好的ip來嵌入在你的設計中，不能更改人家的ip，也不能借助人家的ip創(chuàng)造自己的基于該ip的封裝產(chǎn)品。

內(nèi)核授權(quán)則是指企業(yè)在利用所獲得的Arm核心加上自行設計的外設功能最終形成SoC（片上系統(tǒng)），如果是軟核授權(quán)企業(yè)同時能獲得設計的RTL源代碼，根據(jù)企業(yè)做選擇的工藝可以進行設計和修改，而硬核則只是Arm交付的固化的圖形文件GDS，企業(yè)直接使用但是在生產(chǎn)的工藝環(huán)節(jié)受到限制。

架構(gòu)授權(quán)是指令集的授權(quán)，獲得授權(quán)的企業(yè)可以基于Arm架構(gòu)的框架進行大幅度設計和改造根據(jù)自身產(chǎn)品的功能需求和市場定位，自行設計出自己的CPU核心以及SoC芯片。所以，如果企業(yè)所購買獲得是Arm架構(gòu)指令集的授權(quán)，則意味著會有相當大的主動性，只要遵照了指令集規(guī)范，在芯片的設計整個過程中將完全可控，芯片的結(jié)構(gòu)和功能是可知而透明的。

當然獲得Arm架構(gòu)級的授權(quán)后進行自主的設計并不能說是完全的自主可控，發(fā)展Arm架構(gòu)的服務器芯片是否可控存在兩個問題，即指令集升級的話語權(quán)和授權(quán)許可是否存在被卡。

Arm授權(quán)的開放式發(fā)展

作為一家商業(yè)公司，Arm對中國的市場規(guī)模和地位也是不容忽視的。相反，為了進一步擴大用戶群，吸引和鼓勵更過IC廠商的合作，Arm在2017年取消了Cortex-M0和Cortex-M3兩款芯片原型設計的授權(quán)費用。雖然這兩款芯片是低功耗嵌入式的產(chǎn)品，主要市場為更廣闊的物聯(lián)網(wǎng)，但這也表明了Arm公司長期的商業(yè)模式即開放，Arm本身開放的特點與移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展成就了現(xiàn)在Arm的巨大成功， 也正是Arm所具備的“開源精神”給Arm帶來更高的回報。

近日，軟銀孫正義關于Arm規(guī)劃的出爐，其中也談到了Arm中國合資公司的戰(zhàn)略和發(fā)展。其中最重磅的是Arm決定放棄Arm mini China的控股權(quán)，中資持股51%、Arm持股49%，這是中國芯在Arm架構(gòu)體系下迎來突破的機會。緊接著，安謀中國與四川天府新區(qū)成都管委會簽約，Arm集成電路設計服務平臺、Arm中國西部研發(fā)中心、教育研發(fā)總部和Arm智慧小鎮(zhèn)等項目將陸續(xù)在天府新區(qū)投建。Arm在中國的長期布局和更加開放的態(tài)度從中可見一斑，這些新的舉動進一步佐證了Arm開放的態(tài)度，與中國包括數(shù)千個軟件、硬件、中間件、操作系統(tǒng)，以及各種各樣的方案廠商、設計工具廠商共同組成和推進龐大的高科技生態(tài)系統(tǒng)的決心。而開放的授權(quán)是所有這些戰(zhàn)略發(fā)展根本。按照Arm最新的規(guī)劃，Arm計劃在四年（2017 + 2018 + 2019 + 2020）實現(xiàn)1000億的芯片發(fā)貨量（上一個1000億花了26年），然后沖著1萬億放量努力。其定位的五大方向除了ARM架構(gòu)已經(jīng)占據(jù)優(yōu)勢的移動計算，汽車電子，嵌入式芯片，消費電子等，還包括了互聯(lián)網(wǎng)和服務器基礎設施。所以在商業(yè)全球化，市場開放化不斷加大的的整體環(huán)境下去擔心Arm服務器廠商的授權(quán)被限制的情況大可不必。

共建Arm的指令集發(fā)展

獲得Arm指令集授權(quán)的廠家不單是在計算核與SoC芯片設計上擁有最大的自由度，而且可以根據(jù)市場需求對Arm指令集的升級換代提出修改或添加意見，Arm指令集的發(fā)展是開放的。這一點從國內(nèi)Arm服務器重要廠家之一的天津飛騰公司也獲得證實，據(jù)悉飛騰已經(jīng)在Arm指令集的發(fā)展中做出了貢獻。隨著飛騰、華為、展迅，華芯通等國內(nèi)廠家市場占有率不斷提高，對Arm指令集發(fā)展的話語權(quán)將逐步增大，通過市場的成功來實現(xiàn)對上層IP的影響力。

日益成熟的Arm生態(tài)體系

Arm架構(gòu)一直致力于高能效、低功耗的體系架構(gòu)創(chuàng)新。從指令集、CPU架構(gòu)、IP設計、SOC（系統(tǒng)芯片）設計，都以滿足用戶和市場對綠色計算的需求為目標，不斷提升運算能力、優(yōu)化能耗設計。通過多年的技術沉淀和探索，Arm64服務器以其多核、多線程，持續(xù)提升的單核性能，并通過開放架構(gòu)、開放接口支持CPU和各類加速器的異構(gòu)計算，被越來越多的客戶和廠商認為是構(gòu)建綠色計算系統(tǒng)最有前途的方式之一。

作為通用的系統(tǒng)架構(gòu)，Arm64服務器在多種數(shù)據(jù)中心應用場景都具有獨特優(yōu)勢，如存儲，大數(shù)據(jù)分析，高性能計算，物聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算，Android應用，容器微服務等等。Arm64服務器基于開放的芯片架構(gòu)，不斷創(chuàng)新，逐步構(gòu)筑能效、成本、生態(tài)環(huán)境等方面的優(yōu)勢?；陂_放的Arm芯片IP授權(quán)，眾多廠商共同參與了Arm服務器架構(gòu)規(guī)范標準的制定。2016年4月，在中國市場，Arm在工信部的牽頭下，與戴爾、華為、阿里巴巴等成立了綠色計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，正在推動基于Arm架構(gòu)的服務器。華為、Arm、戴爾、聯(lián)想、華芯通、電子標準院、新華三、天津飛騰、中國軟件、SK海力士、北大、清華、上海交大、中科院計算所、神州數(shù)碼、沈陽東軟、紫光國芯、中國電子、Mellanox、天津麒麟、中國長城、NVIDIA、南京百敖等都是其會員單位。

在硬件架構(gòu)上， Arm公司牽頭云供應商如Google，Microsoft等，軟件公司如Canonical、Linaro、Microsoft、Red Hat、SUSE等，和服務器廠商包括DELL、Fujitsu、HPE等，BIOS廠商如AMI、百敖，Insyde 等，還有芯片廠商（MACOM/APM、Hisilicon、Cavium、Qualcomm、飛騰， Socionext等） 制定了Arm64服務器硬件架構(gòu)規(guī)范SBSA (Server Base System Architecture)。Arm已將該標準翻譯為中文。

在軟件方面，Arm公司與合作伙伴一起制定了SBBR(服務器基本啟動需求) 及其測試工具, 即針對符合SBSA規(guī)范的Arm64服務器的固件規(guī)范。SBBR的正式版本1.0 [4] 發(fā)布于2016年3月。該標準已有中文版。 基礎軟件主要包括OS，工具鏈（編程語言和開發(fā)工具）和云基礎軟件（虛擬化和容器）等，在Linaro等開源生態(tài)社區(qū)及各Arm服務器廠商的努力下達到了對Arm服務器的完全支持。主流的OS軟件發(fā)行版（CentOS，OpenSuse，Ubuntu等）都依賴統(tǒng)一、開放的硬件架構(gòu)標準（參見2.2節(jié)）。隨著Arm64服務器對SBSA規(guī)范的不斷支持和完善，這些主流的商用開源OS都宣布了對Arm64服務器的支持。

開源的應用軟件及中間件陣容龐大，覆蓋目前幾乎所有的主流數(shù)據(jù)中心業(yè)務場景，例如云計算服務（OpenStack，Ceph，Kubernetes等），大數(shù)據(jù)業(yè)務（Hadoop，Spark等），高性能計算業(yè)務（OpenHPC），數(shù)據(jù)庫（MySQL等）等。以Linaro為首的Arm64開源社區(qū)通過構(gòu)建ERP（Enterprise Reference Platform）平臺（B.2.2），建立了與這些開源應用軟件和中間件的協(xié)同。通過持續(xù)迭代和演進，使得Arm64服務器完全支持這些開源軟件的運行，基本使能開源軟件生態(tài)。以目前使用最廣泛的云服務軟件OpenStack為例，OpenStack社區(qū)在16年10月正式宣布了對Arm64服務器的支持，至此，OpenStack官方宣稱支持兩種芯片架構(gòu)。

在商用軟件領域，Arm64服務器廠商一直積極和各個商用軟件廠商展開合作，并獲得了相關領域商用軟件的支持。例如微軟在今年3月正式宣布了用Arm64服務器支持內(nèi)部使用的Azure云服務[5]，Windows也早已宣布提供對ARM架構(gòu)的支持。隨著合作的不斷開展和深入，相信會有更多的商用軟件支持ARM64服務器。

隨著Arm64軟件生態(tài)的不斷完善以及硬件能力的不斷提升，越來越多的開源軟件社區(qū)及商用軟件廠商會對Arm64服務器提供支持，為用戶帶來無差別的應用體驗。

在整機方面，隨著Arm64服務器軟硬件平臺的日臻完善，已經(jīng)在高性能計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、企業(yè)級服務器等多個領域獲得應用。Arm64服務器需要遵循硬件架構(gòu)SBSA規(guī)范、固件SBBR規(guī)范，使能單一操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像即可支持滿足所有服務器硬件，避免Arm服務器生態(tài)碎片化。另一方面，為滿足特定應用領域?qū)τ嬎阈?、實時性、可靠性上的訴求，Arm64服務器整機還應相應提供異構(gòu)計算、可擴展性、RAS、安全性等方面的支持。

在中國服務器市場，已經(jīng)有了全套基于Arm服務器芯片的產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴，包括KMI、博傲等內(nèi)核虛擬機固件廠商，中科方德、中標麒麟、普華等操作系統(tǒng)廠商，阿里云、華為云、百度云等云系統(tǒng)合作伙伴，達夢、人大金倉、瑞中數(shù)據(jù)、神舟通用、南大通用等數(shù)據(jù)庫廠商，東方通、山東中創(chuàng)、金蝶等中間件廠商以及浪潮、聯(lián)想、曙光、中興、長城等整機系統(tǒng)廠商，構(gòu)成了完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，可以實現(xiàn)軟件全面國產(chǎn)化。

在國產(chǎn)服務器芯片領域，現(xiàn)在有飛騰，海思，華芯通三家芯片公司設計基于Arm核的服務器芯片?？梢灶A計，國產(chǎn)服務器芯片在Arm的助力下，可以實現(xiàn)安全可控，為我國的信息安全提供有力保障。

結(jié)束語

“聚四海之氣、借八方之力”，***主席在中國兩院院士大會上明確指出“自主創(chuàng)新是開放環(huán)境下的創(chuàng)新”， 并提出兩條具體思路：一是深化國際科技交流合作，主動布局和積極利用國際創(chuàng)新資源，努力構(gòu)建合作共贏的伙伴關系，共同發(fā)展；二是積極主動融入全球科技創(chuàng)新網(wǎng)絡。Arm開放、合作、共贏的發(fā)展策略，在終端和嵌入式領域已積累的技術環(huán)境，在服務器端日漸成熟的生態(tài)系統(tǒng)，以及各服務器芯片廠商產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性也已追平英特爾最主流產(chǎn)品，多個層面的共同努力和眾多生態(tài)伙伴的參與，有理由相信Arm架構(gòu)的服務器平臺是完全有機會也有能力打破服務器市場一家獨大的壟斷局面，為客戶及各云服務廠商提供第二選擇，消除被控制、被卡脖子的壓迫感，助力中國服務器產(chǎn)業(yè)的多樣化進程，實現(xiàn)健康的經(jīng)濟環(huán)境。