雖然自去年以來(lái)存儲(chǔ)行業(yè)的下行行情尤為嚴(yán)重，直到2023年Q1整體的存儲(chǔ)行情仍未止跌，但是存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的卻在持續(xù)增長(zhǎng)，這或與全球數(shù)據(jù)中心需求的持續(xù)高漲緊密相關(guān)。當(dāng)前,數(shù)據(jù)中心行業(yè)存在的最大問(wèn)題是，日益增長(zhǎng)的需求與高耗能之間的矛盾，CPU利用效率低造成了社會(huì)資源的巨大浪費(fèi)。
國(guó)家能源局預(yù)計(jì)，到2025年數(shù)據(jù)中心用電量將突破4,000億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量4.1%，數(shù)據(jù)中心CPU的低效率運(yùn)行更加重了用能負(fù)擔(dān)。因此，降能耗成為該行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。從CPU架構(gòu)層面來(lái)看，Arm架構(gòu)采用RISC流水線指令集，能更大程度為數(shù)據(jù)中心節(jié)能減耗。
近年來(lái)，Arm在數(shù)據(jù)中心的市場(chǎng)份額也增加的趨勢(shì)。市調(diào)機(jī)構(gòu)Omdia數(shù)據(jù)顯示，到2022年第二季度，Arm在數(shù)據(jù)中心的市場(chǎng)份額上升到7.1%，該數(shù)字高于2019年1%以內(nèi)、2020年的2.2%，以及2021年底的5.4%。雖然目前Arm在數(shù)據(jù)中心的市場(chǎng)份額占比還相對(duì)較小，但該架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心的增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，且預(yù)計(jì)將會(huì)繼續(xù)下去。
實(shí)際上，Arm架構(gòu)不僅是智能手機(jī)的基石，也是存儲(chǔ)和嵌入式設(shè)備的基石。近日，Arm物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展副總裁馬健女士在2023CFMS上分享了從云到端的智能計(jì)算與存儲(chǔ)的大趨勢(shì)、挑戰(zhàn)，以及Arm如何賦能存儲(chǔ)市場(chǎng)的未來(lái)。
幾乎所有的應(yīng)用演進(jìn)趨勢(shì)，比如萬(wàn)物智能、自動(dòng)駕駛、WEB3和元宇宙等，歸根結(jié)底都離不開(kāi)對(duì)海量數(shù)據(jù)的分布式、實(shí)時(shí)處理。下一代計(jì)算和存儲(chǔ)無(wú)處不在，無(wú)論是在智慧家庭、工廠車間、自動(dòng)駕駛汽車還是智能樓宇，任何產(chǎn)生數(shù)據(jù)的地方都需要存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理分析。
不僅如此，Composable(組合式)基礎(chǔ)設(shè)施的概念正被廣泛接受，以提高資源利用率、滿足不同應(yīng)用的需求。蓬勃發(fā)展的移動(dòng)、云、邊緣和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，對(duì)計(jì)算、內(nèi)存和存儲(chǔ)提出了不同的要求，促使這些基礎(chǔ)資源持續(xù)分解，并可以根據(jù)負(fù)載需求更靈活地進(jìn)行組合。
隨著計(jì)算和存儲(chǔ)走出數(shù)據(jù)中心和家庭，不再有物理安全的保護(hù)，數(shù)據(jù)隱私和預(yù)防數(shù)據(jù)泄露變得必不可少。爆發(fā)式的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)對(duì)各類存儲(chǔ)設(shè)備的需求量都顯著提高，但不同應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的要求卻千差萬(wàn)別。
一方面，云和企業(yè)數(shù)據(jù)中心通常需要長(zhǎng)期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，或處理計(jì)算密集的數(shù)據(jù)庫(kù)操作、海量數(shù)據(jù)分析和AI模型訓(xùn)練。這些應(yīng)用在不斷挑戰(zhàn)存儲(chǔ)性能和容量的極限，也需要最高速的計(jì)算與存儲(chǔ)接口。
另一方面，手機(jī)和嵌入式終端設(shè)備通常依靠電池組供電，低能耗和高可靠性就變得至關(guān)重要。為了支持更快、更高效的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，從用于消費(fèi)存儲(chǔ)的USB，到用于移動(dòng)存儲(chǔ)的UFS，再到用于PC和企業(yè)存儲(chǔ)的PCIe，各種存儲(chǔ)接口標(biāo)準(zhǔn)都在穩(wěn)步提高速度和帶寬，這也對(duì)存儲(chǔ)控制器的性能提出了更高的要求。
同時(shí)，新接口標(biāo)準(zhǔn)也在層出不窮。CXL的橫空出世，得到諸多云巨頭的支持，著這或?qū)⒏淖償?shù)據(jù)中心架構(gòu)。基于Arm Neoverse平臺(tái)的服務(wù)器創(chuàng)新正在推動(dòng)服務(wù)器CPU內(nèi)核數(shù)量和性能的極限，進(jìn)一步彰顯了每個(gè)內(nèi)核、內(nèi)存、帶寬的差距。而CXL使內(nèi)存創(chuàng)新成為可能，有望擺脫內(nèi)存得密度和帶寬瓶頸的限制。
第一波CXL用例將是服務(wù)器本身通過(guò)CXL的端口進(jìn)行內(nèi)存擴(kuò)展。未來(lái)，分解的內(nèi)存池可以通過(guò)CXL交換機(jī)與服務(wù)器主機(jī)連接，從而實(shí)現(xiàn)更可組合的基礎(chǔ)架構(gòu)，提高系統(tǒng)利用率。隨著時(shí)間的推移，CXL將能在閃存中得到應(yīng)用。
據(jù)馬健介紹，Arm一直支持計(jì)算和內(nèi)存的分解趨勢(shì)。“我們于2019年加入CXL聯(lián)盟，從CMN-700 Mesh互連IP開(kāi)始就在全面支持CXL標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)CXL應(yīng)用演進(jìn)到跨多個(gè)DIMM的內(nèi)存池，數(shù)據(jù)一致性支持就成為必需。如果進(jìn)一步放大CXL內(nèi)存池控制器的架構(gòu)，就可以看到Arm在這個(gè)設(shè)計(jì)中，通過(guò)CMN IP實(shí)現(xiàn)8個(gè)CXL端口和8個(gè)DDR控制器一致性連接。”
新興的計(jì)算存儲(chǔ)正通過(guò)近存儲(chǔ)數(shù)據(jù)處理，來(lái)減少數(shù)據(jù)搬運(yùn)，使數(shù)據(jù)中心、邊緣服務(wù)器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、汽車和其他數(shù)據(jù)密集型設(shè)備，變得更實(shí)時(shí)、更高效、更安全。在計(jì)算存儲(chǔ)中，一個(gè)完整的計(jì)算系統(tǒng)包括DRAM、I/O、應(yīng)用處理器、專用存儲(chǔ)和系統(tǒng)軟件，這些軟硬件被壓縮到SSD設(shè)備內(nèi)，在本地執(zhí)行重復(fù)性、數(shù)據(jù)預(yù)處理，或數(shù)據(jù)密集型任務(wù)，從而提高系統(tǒng)整體能效。
此外，隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入，數(shù)據(jù)安全得重要性也與日俱增。無(wú)論數(shù)據(jù)是在靜止、傳輸還是使用中的狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)具有足夠的機(jī)密性、完整性和可用性，需要整個(gè)信息和通信技術(shù)堆棧的協(xié)同努力。
Arm不直接設(shè)計(jì)生產(chǎn)芯片，而是通過(guò)IP技術(shù)許可授權(quán)模式，賦能全球科技產(chǎn)業(yè)進(jìn)行創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型。據(jù)馬健介紹，截至目前，基于Arm架構(gòu)的累計(jì)芯片出貨量超過(guò)2,500億顆，“以2021財(cái)年來(lái)看，Arm架構(gòu)芯片年度出貨量超過(guò)290億顆，Arm正在賦能所有需要計(jì)算的領(lǐng)域。同時(shí)，增量市場(chǎng)對(duì)Arm技術(shù)的需求也越來(lái)越強(qiáng)勁，包括移動(dòng)領(lǐng)域、云計(jì)算和5G領(lǐng)域，我們?cè)诖鎯?chǔ)、物聯(lián)、車載等市場(chǎng)已經(jīng)深耕多年。”
Arm在計(jì)算與存儲(chǔ)的不同細(xì)分市場(chǎng)都有突出表現(xiàn)。在未來(lái)計(jì)算和存儲(chǔ)方面，Arm圍繞機(jī)器學(xué)習(xí)、矢量計(jì)算、安全、自定義指令和CXL方面進(jìn)行重點(diǎn)投資。2021年，基于Arm架構(gòu)的存儲(chǔ)設(shè)備、年出貨量已達(dá)到30億。Arm技術(shù)在存儲(chǔ)市場(chǎng)的應(yīng)用涉及到硬盤驅(qū)動(dòng)、嵌入式存儲(chǔ)，以及消費(fèi)/車載/企業(yè)級(jí)SSD。
再觀察Arm Cortex-A/R/M系列處理器在存儲(chǔ)市場(chǎng)的表現(xiàn)。
Cortex-A系列應(yīng)用處理器具備高吞吐量流水線設(shè)計(jì)、支持最高處理性能，擁有ML、數(shù)據(jù)處理軟件和豐富操作系統(tǒng)的堅(jiān)實(shí)生態(tài)支持；Cortex-R系列實(shí)時(shí)處理器擁有快速的中斷延時(shí)和實(shí)時(shí)反應(yīng)速度，目前已部署到數(shù)十上百億個(gè)消費(fèi)級(jí)/企業(yè)級(jí)/數(shù)據(jù)中心SSD；Cortex-M系列嵌入式處理器是后端閃存和媒體控制的熱門選擇，并支持自定義指令，以便客戶通過(guò)針對(duì)獨(dú)特NAND介質(zhì)的深度優(yōu)化來(lái)創(chuàng)造差異。
存儲(chǔ)控制器芯片需要的不止是處理器，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化存儲(chǔ)控制芯片設(shè)計(jì)，Arm還提供了豐富的系統(tǒng)IP，包括互連、Mesh網(wǎng)絡(luò)、中斷控制器、MMU(內(nèi)存管理單元)以及物理IP。對(duì)于存儲(chǔ)固件和軟件開(kāi)發(fā)，Arm可提供軟件開(kāi)發(fā)工具來(lái)簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程，加快客戶的開(kāi)發(fā)周期，不斷壯大的軟件開(kāi)發(fā)者社區(qū)是Arm生態(tài)取勝的關(guān)鍵。
在海量的存儲(chǔ)應(yīng)用中，Arm與合作伙伴構(gòu)建了完整的生態(tài)。馬健把Arm存儲(chǔ)解決方案產(chǎn)品組合的優(yōu)勢(shì)總結(jié)為以下幾點(diǎn)：
她舉例稱，ScaleFlux是Arm在計(jì)算存儲(chǔ)領(lǐng)域的重要合作伙伴之一。
在去年8月的Flash Memory Summit上，ScaleFlux布了新產(chǎn)品CSD 3000，該新品搭載了Arm處理器。據(jù)悉，CSD 3000是業(yè)界首款完全基于自研ASIC(不再使用FPGA)，全面兼容標(biāo)準(zhǔn)NVMe，并具備規(guī)模化量產(chǎn)的可計(jì)算存儲(chǔ)SSD。
ScaleFlux CEO鐘浩表示，選擇與Arm合作主要有三方面的原因：第一，許多SSD廠商之前都基于Arm開(kāi)發(fā)了固件，選用Arm處理器有利于新產(chǎn)品的導(dǎo)入、固件的移植；第二，從產(chǎn)品和工具鏈成熟度方面來(lái)看，Arm處理器有非常好的穩(wěn)定性和可靠性；第三，ScaleFlux認(rèn)同Arm在技術(shù)方面的長(zhǎng)期、持續(xù)投入。2023年Q1，CSD 3000開(kāi)始向全球客戶送測(cè)樣品，預(yù)計(jì)在Q2會(huì)開(kāi)始進(jìn)入量產(chǎn)。同時(shí)，鐘浩也指出，存儲(chǔ)領(lǐng)域的計(jì)算加速將勢(shì)在必行。過(guò)去的幾年里，可計(jì)算存儲(chǔ)主要在一個(gè)探索階段，用FPGA來(lái)驗(yàn)證應(yīng)用場(chǎng)景的收益和有效性。現(xiàn)在，基于ASIC和Arm處理器的芯片，開(kāi)始大幅度加速可計(jì)算存儲(chǔ)產(chǎn)品的規(guī)模化部署。
值得注意的是，Arm為智能存儲(chǔ)和計(jì)算存儲(chǔ)量身定制了Cortex-R82處理器，它可以更好地支持高密度閃存、PCIe Gen5/Gen6接口、近存儲(chǔ)計(jì)算，并使用ML等新技術(shù)使存儲(chǔ)更智能。Cortex-R82是第一款基于Armv8-R架構(gòu)的64位處理器，并支持Arm Neon矢量加速，性能較上一代的Cortex-R8、在不同負(fù)載達(dá)到30%到近100%的提升。它既保留了經(jīng)典Cortex-R確定性、低延時(shí)的實(shí)時(shí)處理能力，也可配置內(nèi)存管理單元來(lái)運(yùn)行Linux等豐富操作系統(tǒng)。R82能夠?qū)ぶ犯哌_(dá)1T的空間，可以滿足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量和新興內(nèi)存技術(shù)的要求。目前，Arm Cortex-R82已經(jīng)得到多家存儲(chǔ)廠商的認(rèn)可，得一微電子是該芯片的早期采用者之一。
軟銀2022財(cái)年第三季度財(cái)報(bào)顯示，Arm公司的銷售收入猛增了28%，達(dá)到7.46億美元。其中，Arm在所有目標(biāo)市場(chǎng)都實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)勁的收入增長(zhǎng)，在汽車、終端(消費(fèi)類設(shè)備)、基礎(chǔ)設(shè)施和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)方面實(shí)現(xiàn)了兩位數(shù)乃至三位數(shù)的收入增長(zhǎng)。馬健補(bǔ)充說(shuō)：“Arm開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)已有數(shù)十年，我們的合作伙伴基于Arm架構(gòu)的芯片的年出貨量超過(guò)290億顆，其中約七成采用Cortex-M系列處理器，而Cortex-M系列處理器的設(shè)計(jì)初衷就是滿足物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式應(yīng)用的需求。”。
去年，存儲(chǔ)行業(yè)經(jīng)歷了寒冬，但存儲(chǔ)行業(yè)的下行趨勢(shì)是短暫的。馬健評(píng)價(jià)說(shuō)：“如果從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)審視這個(gè)行業(yè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)隨著數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)和日常生活中各種應(yīng)用所產(chǎn)出的大量數(shù)據(jù)，讓現(xiàn)在對(duì)存儲(chǔ)的性能和創(chuàng)新的需求比以往任何時(shí)候都更加強(qiáng)烈。我們?nèi)詫?duì)存儲(chǔ)行業(yè)的發(fā)展持樂(lè)觀態(tài)度，并致力與我們的生態(tài)伙伴共同實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。我們很多的合作伙伴將艱難的寒冬看作蓄力發(fā)展的機(jī)遇，加大了研發(fā)力度來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)流程。我們期望當(dāng)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)春天再次到來(lái)的時(shí)候，可以看到更多基于Arm技術(shù)的創(chuàng)新。”
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