到底什么是云原生處理器？

“云原生”一詞很常見，一開始，最常見的詞組是“云原生架構(gòu)”，后來很多技術(shù)類別前面都加上了“云原生”一詞，比如，云原生存儲、云原生數(shù)據(jù)庫、云原生網(wǎng)絡……

“云原生”沒有清晰的定義，但有非常明顯的特征：它指誕生自公有云或者在公有云上發(fā)揚光大的一類技術(shù)和實踐。

云原生處理器是這幾年才有的叫法，最開始我誤以為是跟容器云原生有關(guān)。其實，云原生處理器的概念是由Ampere首次提出，在2020年3月份發(fā)布全球第一款云原生處理器Ampere Altra時。

Ampere 80核的Ampere Alta和128核的Ampere Alta Max也能實現(xiàn)顯著的降本增效。在基于Ampere Altra騰訊云SR1實例上，對NGINX、Redis、MySQL三種Web應用程序中的關(guān)鍵工作負載進行測試，所展現(xiàn)的性價比與基于x86架構(gòu)的S6云實例對比有平均50%以上的提升（數(shù)據(jù)來源）。

Ampere更清楚地展示了多核心的優(yōu)勢，隨工作負載的實例數(shù)量（即運行的線程數(shù)）增長性能也表現(xiàn)出了近乎線性的增長，主頻可以達到3.0GHz以上，而x86在運行的實例數(shù)量（即運行的線程數(shù)）增長到一定程度后，再增加核數(shù)的提升則非常有限。

這是Ampere Computing產(chǎn)品市場總監(jiān)孫開本在2022 OCP China上分享的一張圖，測試運行的是Encoding編碼工作負載，橫坐標是并發(fā)的編碼任務數(shù)，代表的是使用的線程數(shù)，縱坐標是性能數(shù)據(jù)。隨著任務數(shù)的增加，性能增長的趨勢有比較大的區(qū)別。

另外一張圖展示的是Ampere Altra Max的性能可預測性，也可以說是性能的穩(wěn)定性。

上圖測試跑的是Redis工作負載，在運行Redis負載的同時，定期間隔性地插入其他工作負載，隨著負載的加入和完成，觀察主工作負載的性能變化。如圖所示，Ampere Altra Max的上運行的Redis性能幾乎沒有變化，而x86的性能抖動則非常明顯。

孫開本在演講中表示，主要原因有兩點，一個是單核單線程的設計，另一個得益于優(yōu)秀的功耗控制。

SPEC測試：Ampere處理器實際功耗低于TDP，從而能使主頻穩(wěn)定

大致原理上，單核單線程的設計減少了核心之間的相互干擾，既有助于性能穩(wěn)定，也有助于讓性能隨著核數(shù)的增長而增長。同時，在功耗控制方面的優(yōu)勢，Ampere 不僅能讓所有運行的內(nèi)核保持一致的最大主頻，從而提升穩(wěn)定性，而且還使得堆更多核心成為可能。

功耗是芯片設計的重要考量因素，Ampere處理器主頻相對較低，波動范圍也很小，方便控制功耗，為了性能穩(wěn)定，甚至能保持在一定的主頻保持不動，不用擔心撞到功耗墻而降頻造成性能抖動。

當然，x86也可以關(guān)掉超線程技術(shù)，把頻率鎖在較低的水平，以此來提供更穩(wěn)定的性能表現(xiàn)。雖然此時x86的單核性能更強，但由于核數(shù)太少，整體性能表現(xiàn)還未可知，況且，這種做法無異于自廢多年修煉來的武功，目前想這么用x86處理器的用戶應該只能是少數(shù)。而且對于云服務提供商來說，關(guān)掉超線程就意味著同一平臺可售賣的核數(shù)減半，經(jīng)濟效益將大打折扣，很不劃算。

總之，單核提供單線程加上功耗優(yōu)勢，Ampere就有了更穩(wěn)定的性能表現(xiàn)，更線性的性能增長表現(xiàn)，而這，正是公有云廠商所需要的：

一方面，公有云希望用創(chuàng)新技術(shù)來降本增效。

Ampere的核數(shù)優(yōu)勢使得云數(shù)據(jù)中心的計算密度大大提升，節(jié)省數(shù)據(jù)中心的空間成本。同時，能用單臺設備能提供更多實例，服務于更多用戶。最終，降本增效的成果最后也會讓用戶受益。目前，通過使用基于Ampere Altra的云實例（阿里云c6r），國內(nèi)可觀測解決方案提供商觀測云也實現(xiàn)了40%的性價比提升。

另一方面，公有云希望給用戶提供更好的使用體驗。

很多用戶擔心“嘈雜鄰居”問題影響性能表現(xiàn)，而Ampere方案的性能是能在所有時刻保持一個穩(wěn)定的表現(xiàn)，讓云服務商提供始終如一的穩(wěn)定服務，避免性能抖動影響業(yè)務。

以上，就是我看到的云廠商為什么會選擇Arm服務器的主要原因。

OCP China Day 2022活動主題就有“綠色”這一關(guān)鍵詞，數(shù)據(jù)中心作為全球用電大戶，在綠色低碳方面的工作也非常重要，Arm在低功耗方面的優(yōu)勢也有助于數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)低碳目標，這也會是數(shù)據(jù)中心采用Arm服務器的一大推動因素。

如今，Arm的應用生態(tài)取得了許多進展。

目前，Ampere的第三方處理器被Oracle、谷歌云、騰訊云、微軟Azure、阿里云等各大公有云廠商所采用。這些頭部廠商的帶動不僅將加速生態(tài)的發(fā)展，也讓Arm服務器CPU的市場份額出現(xiàn)快速的增長。根據(jù)研究公司Omdia的數(shù)據(jù)顯示，今年第二季度全球服務器出貨量為 340 萬臺，其中Arm架構(gòu)達到了創(chuàng)紀錄的 7.1%，份額同比增長了 48%。

此外，浪潮、超微、HPE、緯穎、技嘉等服務器廠商也都推出了服務器硬件，既服務于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心市場，也能服務于企業(yè)用戶。

Ampere官網(wǎng)上列舉了Ampere支持的六大類場景，包括：各種常見的機器學習框架，支持Arm的老本行（云手機、IoT、自動駕駛）、大數(shù)據(jù)分析工作負載、云原生應用負載、云存儲和Web服務。

其中，云存儲部分的相對較少，目前只顯示了Ceph。而云原生應用負載部分則非常豐富，官網(wǎng)上列舉了很多，在DockerHub上能看到4943個鏡像，數(shù)量上大約是x86的三分之一，目之所及的各種常用鏡像都有了。

今年五月份，Ampere公布了下一代處理器AmpereOne的規(guī)劃，將采用5nm制程工藝，支持PCIe 5.0和DDR5，將采用定制的內(nèi)核，從而有更多靈活的設計空間。Ampere還表示，未來將保持每年一代產(chǎn)品的更新節(jié)奏。

前不久HPE發(fā)布的ProLiant RL300就是單路服務器，但在OCP China Day 2022活動現(xiàn)場，Ampere的展臺上放置了兩臺服務器全都是雙路服務器，雙路至少可以提供160核。

一臺是浪潮采用Ampere處理器的雙路服務器NF5080R6（“R”大概就是Arm的意思）。另一臺則是開源的Mt.Jade服務器，它是由Ampere貢獻給OCP的開源服務器，任何人都可以下載設計圖紙進行制造和使用。

有專家表示，這是中國用戶的采購習慣所致，未來可能會有所改觀。

審核編輯 ：李倩