一個GPU總需要一個CPU，但 CPU 的選擇已經(jīng)不再單一，GPU 的功能也不再“簡單”，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 報道，像 CPU 一樣總需要一個 CPU 的谷歌自研視頻編解碼處理單元 Argos VCU，預(yù)計可以替換3000-4000萬個英特爾CPU。

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

CPU 市場的雙重變化

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 市場本身的變化。在很長一段時間，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)了消費者對于 AMD 產(chǎn)品迅速提升的認(rèn)可。

英特爾和 AMD 的 x86 CPU 是 PC 時代的標(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)，并且開始在市場份額上有所體現(xiàn)。

依舊有領(lǐng)先優(yōu)勢的英特爾感受到了老對手帶來的競爭壓力，因此無論是產(chǎn)品性能提升還是市場策略都更加積極。然而，英特爾在服務(wù)器 CPU 市場除了要面臨同為 x86陣營 AMD 的競爭，Arm 陣營的公司也來勢洶洶。

Ampere 董事長兼首席執(zhí)行官 Renee James 說：“我們知道未來將與過去不同，因為軟件環(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)以及在云原生市場的優(yōu)勢。

同樣是強(qiáng)調(diào)差異化優(yōu)勢，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)展到高性能計算市場，包括邊緣、云端及5G 等?；?Armv9架構(gòu)的 Neoverse N2正是 Arm 向高性能市場拓展的關(guān)鍵產(chǎn)品。

整體看來，已經(jīng)在 PC 和服務(wù)器 CPU 市場大獲成功的 x86陣營正開始一場激烈的競爭。此時，面向云計算、AI 的 Arm 架構(gòu) CPU 迅速發(fā)展，要在新興市場分一杯羹。未來，RISC-V CPU 會以怎樣的方式參與到 CPU 市場的競爭，也讓人充滿期待。

異構(gòu)時代，定制 CPU 優(yōu)勢突顯

CPU 市場發(fā)生雙重變化的一個關(guān)鍵因素是市場需求，在市場的驅(qū)動下，CPU 的價值也更多體現(xiàn)在異構(gòu)系統(tǒng)中。英偉達(dá)在今年四月發(fā)布 Grace CPU 的時候，也同時將其數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品路線圖升級為 GPU+CPU+DPU 的三類芯片，逐年飛躍，一個架構(gòu)的策略。在這個新的策略中，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，CPU 計算和控制的基礎(chǔ)和核心作用沒有改變。

變的是新興應(yīng)用對于算力的大幅快速增長，異構(gòu)系統(tǒng)的性能是更重要的關(guān)注點。“目前市場上每年交付的3000萬臺數(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)用的算力將會越來越少。”黃仁勛說，“新時代的計算機(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)，利用一種專門針對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)軟件而設(shè)計的新型處理器，來卸載和加速由虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全和其它云原生 AI 服務(wù)產(chǎn)生的巨大計算負(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市場的需求，這也已經(jīng)是業(yè)界共識，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 Arm，再到 AMD 宣布收購賽靈思，芯片巨頭們都希望通過不同類型的芯片組合滿足云計算、AI 等計算更加密集應(yīng)用的需求。

在這種變化中，CPU 的選擇也會更加多樣。Computex 21上，黃仁勛在回答提問時表示：“未來的世界非常多樣，當(dāng)然也會有不同的 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，選擇最合適的 CPU，我們會繼續(xù)支持 x86 CPU。”

面向特定的市場，并非所有 CPU 都合適。因此在不同的市場需要不同的 CPU，比如在筆記本電腦市場，英特爾的 x86 CPU 是不錯的選擇，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 是一個理想選擇。在云計算市場，Ampere 的 CPU 性能出色。英偉達(dá)的 CPU 為的是解決 AI 推薦系統(tǒng)和自然語言理解這樣大型 AI 模型的計算挑戰(zhàn)。

“我相信未來既需要通用 CPU，也需要定制 CPU。支持 Arm 和 x86對我們來說都是很好的戰(zhàn)略。”黃仁勛表示。

CPU 與 GPU、VCU 更加微妙的競合關(guān)系

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

邁入 AI 時代，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 市場成為了英特爾強(qiáng)大的競爭對手。面向市場空間巨大的云計算和5G 市場，英偉達(dá)的 GPU 依舊離不開英特爾和 AMD 的 CPU，但同時英偉達(dá)會更加注重 Arm 架構(gòu) CPU 的開發(fā)，芯片巨頭間的競合關(guān)系進(jìn)一步加深。

這種關(guān)系變化更明顯的轉(zhuǎn)變在芯片巨頭與互聯(lián)網(wǎng)巨頭之間。比如文章開頭提到的谷歌 Argos VCU，多年來谷歌都使用英特爾 CPU 中的視頻編解碼引擎，但隨著視頻內(nèi)容越來越多，以及分辨率越來越高，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比通用芯片更強(qiáng)，通過自研核心功能加上集成第三方 IP，能在規(guī)模應(yīng)用中實現(xiàn)優(yōu)勢。谷歌表示，與英特爾 Skylake 驅(qū)動的服務(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)、計算效率方面實現(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)通過自研的 TPU 減少了購買 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，在特定市場也成為了競爭對手。

對于這種轉(zhuǎn)變，英特爾公司副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理王銳此前表示，“競爭對手可以在某一參數(shù)或者是在制程上縮短與我們的差距。但要打造整個架構(gòu)，在計算和 AI 的各個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)對技術(shù)、市場變化的自信和底氣，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，無論是芯片巨頭們之間的競爭，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)上除了市場和應(yīng)用變化的驅(qū)動，還有成熟的芯片產(chǎn)業(yè)鏈，包括成熟的設(shè)計工具、IP、代工廠和封裝，很大程度降低了 GPU 公司設(shè)計 CPU，以及互聯(lián)網(wǎng)巨頭設(shè)計定制芯片的門檻。

芯片行業(yè)的門檻還在進(jìn)一步降低，這還會帶來怎樣的變化?

標(biāo)簽： CPU VCU 關(guān)系 微妙