Современные высокоскоростные сети требуют от коммутаторов и маршрутизаторов серьёзных мощностей, поэтому появление специализированных сетевых процессоров и ускорителей уже достаточно давно никого не удивляет. Над одним из таких процессоров в настоящее время работает компания NXP Semiconductors. Новинка под названием QorIQ LayerScape LX2160A будет обладать весьма серьёзной конфигурацией. В основе нового процессора лежит суперскалярная архитектура ARM Cortex-A72, это одна из самых производительных реализаций ARM на сегодняшний день, поддерживающая внеочередное исполнение инструкций и умеющая оперировать объёмными кешами (до 4 Мбайт L2 и более).

Таких ядер с частотой до 2,2 ГГц у LayerScape LX2160A запланировано 16, объём кеша L2 увеличен до 8 Мбайт, кроме того, SoC получит и 8 Мбайт общего кеша. Двухканальный контроллер DDR4 с поддержкой ECC позволит подключить до 256 Гбайт оперативной памяти. Сетевая часть у LX2160A весьма развита: дизайн включает в себя 16 конфигурируемых портов Ethernet. В зависимости от модели и пожеланий заказчика они могут работать в режимах вплоть до 100G. Имеется встроенный коммутатор второго уровня с производительностью 130 Гбит/с. Расширяемость новому сетевому процессору обеспечат шесть выделенных линий PCIe 4.0 и 24 линии SerDes с частотой до 28 ГГц.

Выделенный ускоритель средств безопасности обладает производительностью 50 Гбит/с, а блок компрессии‒декомпрессии способен пропустить через себя 100 Гбит/с без загрузки основных ядер. Для подключения периферийных устройств и подсистем предусмотрено 4 порта SATA 3.0, а также интерфейсы SD, eMMC, DUART, I2C, CAN и USB 3.0. Процессор получит упаковку с 1517 контактами размером 40 × 40 миллиметров. Благодаря использованию 16-нм техпроцесса FinFET теплопакет не превысит 30 ватт. Программную поддержку обеспечит Linux SDK for QorIQ, заявлена совместимость с пакетом разработки CodeWarrior для ARMv8. Помимо 16-ядерного LX2160A будут выпущены и менее мощные, но более доступные 12- и 8-ядерные варианты — LX2120A и LX2080A. Образцы станут доступны к заказу уже в 1 квартале текущего года, а массовое производство новинок намечено на 2019 год. Ожидается, что в партиях от 1000 чипов стоимость старшей версии составит около $350 за процессор, что весьма скромно для устройства с такими характеристиками.

ARM Holdings признает, что крупномасштабные развертывания серверов, основанных на ARMv8-A-совместимых процессорах, начнутся только в 2016 или 2017 году. Но несмотря на то, что серверы на базе микросхем ARM фактически не продаются сегодня, компания не только сохраняет оптимизм, но и увеличивает свой прогноз по поводу рыночной доли серверов на основе ARMv8-совместимых чипов. Компания ожидает, что каждый четвёртый сервер в 2020 году будет использовать процессор c архитектурой ARM.

«Когда мы говорили с вами в последний раз, мы говорили о том, что нацеливаемся на 20 % рынка серверов к 2020 году», — сказал Пит Хаттон (Pete Hutton), исполнительный вице-президент ARM Holdings, во время выступления на конференции компании для инвесторов и финансовых аналитиков. «Сегодня мы увеличиваем нашу цель. Принимая во внимание наш успех на этом рынке, клиентов, представляющих наши продукты, и инвестиции в экосистему, которые мы делаем, мы ожидаем 25 % доли в 2020 году».

Dell Copper: сервер на базе процессоров ARM Cortex

ARM активно сотрудничает с различными разработчиками микропроцессоров, помогая им создавать интегральные схемы с 8-16 64-разрядными ARMv8-A ядрами для серверов. Кроме того, компания работает и с создателями программного обеспечения, чтобы подготовить серверное ПО для своих архитектур. Компания планирует, что процессоры на базе ARMv8-A в первую очередь найдут применение в веб-серверах, облачных серверах, серверах для обработки Больших данных (Big Data), устройствах хранения данных и т.д. В ARM говорят, что в настоящее время четыре учреждения тестируют возможности ARMv8 в области суперкомпьютерных вычислений, а ряд других – для иных, не менее сложных задач.

«Мы наблюдаем начало развёртывания [серверов на базе ARM] для систем хранения данных, облачных вычислений, суперкомпьютерных вычислений, мы счастливы», — сказал господин Хаттон. «Мы продолжаем инвестиции [в развитие серверных технологий и экосистемы]. Мы не ограничиваемся в настоящее время какой-либо конкретной частью рынка. ARM и партнёры будут создавать решения для всех сегментов рынка серверов, объём которого оценивается в $20 млрд в 2020 году».

Перпективные планы ARM на рынке серверов

Как ожидается, в следующие несколько лет ARM представит высокопроизводительные вычислительные ядра Ares и Prometheus, что позволит существенно расширить возможности для ARM в серверах. Разработчик микропроцессорных технологий надеется, что партнеры создадут CPU с более чем 48 ядрами и набором специфической функциональности, которые смогут конкурировать на рынках машин для высокопроизводительных вычислений, аналитики в реальном времени, корпоративных (enterprise) приложений и т.п. серьёзных задач. По сути, ARM хочет предложить конкурентов не только для платформ Intel Xeon E5, но также и для Intel Xeon E7. Удивительно, но существуют компании, которые уже сейчас пробуют использовать ARM в своих серверах корпоративного класса.

«Есть много предприятий, которые начали оценивать нашу технологию для корпоративных серверов», — рассказал вице-президент ARM.

ARM: специализированные технологические решения для серверов

В этом году компании Advanced Micro Devices, Applied Micro, Cavium, Marvell Technology Group, Texas Instruments и Annapurna Labs планируют начать коммерческие поставки серверных систем на чипе (system on chips, SoCs) на базе ARMv8-совместимых вычислительных ядер. В следующем году еще четыре разработчика, по прогнозам, представят свои серверные SoC на основе ARM. Если предположить, что упомянутые компании потенциально имеют клиентов, заинтересованных в использовании микросхем на основе ARM, оптимизм последней касательно роста популярности серверов на базе ARM имеет основания.

«Шесть разработчиков микросхем выпускают [серверные чипы на основе ARMv8] уже в этом году, по крайней мере еще четыре ожидается в 2016 году», — сказал господин Хаттон. «Кремниевая экосистема для ARM серверов полностью жизнеспособна».

ARM активно сотрудничает с разработчиками микросхем и контрактными производителями полупроводников в области создания решений, полезных для серверных процессоров. В частности, компания создаёт специализированные версии процессорных ядер, внутричиповых соединений и ряд физических блоков, оптимизированных под SoC серверного класса. Перспективный план серверных процессоров на базе ARMv8-A-совместимых ядер включает в себя процессоры, которые будут производиться по таким технологиям как 14/16 нм, 10 нм и 7 нм.

Серверы на базе ARM, коммерчески доступные сегодня

Одной из проблем архитектуры ARM на рынке серверов является то, что все соответствующие операционные системы и приложения созданы под процессоры архитектуры x86. Тем не менее, в конце прошлого года Ubuntu выпустила свою ОС под процессоры на основе ARMv8. В ARM Holdings ожидают, что в будущем большее число операционных систем и программ будут совместимы с её процессорной архитектурой.

«Существует большое количество серверных ОС [совместимых с ARMv8-A], которые находятся на стадии разработки», — отметил вице-президент ARM.

Перпективные планы ARM на рынке серверов

ARM традиционно очень оптимистично описывает свои перспективы на рынке серверов. Компания имеет повод для некоторого оптимизма: на рынке вот-вот появятся серверные микросхемы на базе технологии ARMv8 от шести производителей; есть одна серверная операционная системы, поддерживающая эти чипы; есть множество компаний и учреждений, готовых использовать серверы на базе ARM. Но получат ли микропроцессоры на основе архитектуры ARMv8-A 25 % серверного рынка всего через пять лет?

У компании Advanced Micro Devices ушло более трёх лет, чтобы захватить около 30 % рынка x86 серверов c процессорами AMD Opteron. При этом стоит учитывать, что производительность этих микросхем была выше таковой у конкурирующих Intel Xeon с 2003 по 2006 год, а парк программного обеспечения был совместим как AMD, так и с Intel. Компания ARM надеется отобрать четверть рынка серверов, не имея преимуществ по производительности или энергопотреблению, но имея ограниченный парк ПО.

Настолько ли производители серверов и владельцы центров обработки данных заинтересованы в увеличении конкуренции на рынке аппаратного обеспечения, чтобы начать использовать ARM без видимых преимуществ со стороны подобных процессоров перед Xeon только для того, чтобы снизить зависимость от Intel? Возможно. Но смогут ли партнёры ARM получить 25 % серверного рынка через пять лет не имея явных преимуществ, при условии, что технологии Intel развиваются крайне быстрыми темпами? Это покажет только время!