ARM楔入数据中心

赵艳秋

“不快那么多，只快一点点。”百度首席云架构师林仕鼎在微博中说。

他所说的“快一点点”的事，是今年1月百度南京数据中心开始商用ARM存储服务器，这在全球的数据中心中尚属首例。也在1月，Facebook在美国硅谷举行的一个探讨数据中心新架构的大会上，也首次在公开场合谈论ARM。显然，百度快了一点点。

为百度提供这个ARM存储服务器芯片的Marvell公司，目前正积极寻找可以复制百度案例的市场机会。知情人士说，淘宝正在测试ARM存储服务器。

做手机、平板电脑业务的ARM军团，正在数据中心市场荡起一圈圈涟漪。

互联网公司推动的变革

数据中心为什么要尝试ARM？

“根本动力来自新业务的推动。”ARM服务器与企业应用市场部经理邵巍说。她以“冷存储”为例，新兴互联网应用如社交网站，正遇到一个棘手问题——Facebook 用户每天要上传3 亿多张图片，但最多几周，人们就不会再去查看它们了。可根据用户协议，Facebook也不能把它们删除。于是，他们每年要耗费大量金钱存储管理这些照片。像腾讯，一年在这种服务器上的花费就在上亿元。由此，互联网巨头们引发出一个新构想，对这些照片进行“冷存储”，就是建设一个新型数据中心，能够在低能耗、低成本条件下，保证海量数据的存储和访问速度。

Marvell全球副总裁、大中华区总经理张晖也观察到，云计算、大数据时代到来以后，给数据中心商业模式上带来的不同。传统企业级业务像股票交易，对运算性能的要求极高，在这些业务中，数据也是规则的，数据中心一般采购高可靠性的一体化系统、商用软件来运营业务。当运行压力加大时，数据中心一般采用一种Scale up，即纵向扩容方式，使用“大个子”CPU、“大个子”存储以及大型服务器，来解决运行压力。

但自从云计算、大数据时代到来以后，用户习惯把不同数据都“丢”到数据中心来，他们会时不时地使用各种移动互联设备访问数据，数据变得不规则，业务瞬息万变，很多业务对运算的要求也没那么高了，例如仅仅处理一个个访问请求。于是，数据中心有了一种Scale out扩展方式，即横向扩容，由不同“小个子”芯片处理不同需求，系统也成了开源的。“ARM在这方面存在不小的机会”。

另一个关键是，“大个子”商用系统和“小个子”开源系统，两套体系的商业模式完全不同，Scale out扩容成本往往低于Scale up，这符合互联网公司对成本压力的考量。

就像Facebook硬件设计及供应链副总裁Frank Frankovsky说的那样，现在，他们关注和提升数据中心在每美元、每瓦之下产生的利润——这代表了大部分互联网公司的方向。当数据中心变成了一种生产工具后，其他很多因素，如耗电、成本、运营费用，不再是单纯的计算型服务器所能满足的。

百度下决心使用新架构的动力也基于此——林仕鼎介绍，新的存储服务器功耗降低50%，存储密度提升75%，成本降低25%。

百度对这样的结果感到满意，他们将在自己的数据中心中加以推广。Marvell张晖说，下一步，Marvell也会把百度案例复制到其他客户，现在关键是要找到具有同样需求的企业：这些企业有节能、降成本的压力，应用软件一般是开源的，应用模式更适合Scale out扩容方式。

当互联网公司开始行动后，产业链其他环节巨头不得不考虑革新：

最早介入互联网服务器生意的戴尔在全球第一个尝试开发ARM服务器，该服务器代号Copper。这是一款功能比较综合的服务器，目前还在测试中。戴尔称，到2016年，20%的服务器将由一个“与你手机中没什么不同的芯片驱动”。

惠普也在研发适应新数据中心需求的服务器Moonshot。“Moonshot服务器将是高密度、低功耗的革新产品。它将提供尽可能多的处理器种类。除了英特尔，还会有AMD；除了x86，还会有ARM和DSP；合作伙伴包括英特尔、AMD、德州仪器、AppliedMicro以及Calxeda。”惠普工业标准服务器中国总经理萧建生说。

今年3月底，Marvell和ARM刚刚在北京举办了一场ARM服务器研讨会。“会议规模有五六十人，来的有互联网公司、三大电信运营商、服务器制造商、软件企业甚至银行客户。”参与这次研讨会的一位服务器企业人士说。会场上摆放了一台ARM存储服务器样机，这台样机与在百度南京数据中心商用的ARM存储服务器是一样的。“大家围在这台服务器旁讨论得非常热烈。”这位人士说，“会一结束，这台样机就被一家服务器制造商抱走了。”

在这次研讨会上，大家最关注的问题之一是64位ARM服务器什么时候在数据中心商用？对此，ARM的回复是2014年底。

可怕的ARM模式

ARM的商业模式很独特。

ARM不提供芯片，只提供低功耗、低成本、高效的处理器核心。芯片企业可以把自己独特的专有技术和ARM核心结合起来，做出不同芯片，扎根于不同市场。这些年，ARM被合作伙伴“带入”手机、平板电脑、数字电视、机顶盒、工业控制、移动医疗、导航等多个市场。这有点像蚂蚁雄兵。

据说，ARM考虑服务器这件事，也源自亚马逊的一次来访。这家互联网巨头告诉ARM，“你们要考虑云服务，这是一个正确的方向”。在这之后，ARM先使用合作伙伴Marvell的芯片搭建了一款服务器，把ARM自己的网站放在上面试运营，自此踏入这个新市场，组建团队、规划产品。

数据中心不外乎三件事——高效运算、海量存储和大容量数据交换。现在， ARM合作伙伴正从四面八方涌入这个市场。过去在这个市场中，芯片平台主要是英特尔的X86，也有一些飞思卡尔的PowerPC。

在百度项目中，ARM介入了存储服务器领域。“百度为什么会选用Marvell芯片，因为Marvell在存储技术上有优势。”一位看到过百度存储服务器的人士说。存储的一个核心技术是读写时的纠错算法，“这是很多博士十几年的累计”，Marvell在这方面是业界第一。

在高端交换机市场，去年一些芯片公司授权了64位ARM核，也有意转向ARM，过去这是飞思卡尔PowerPC等的天下。

最近，芯片企业德州仪器嵌入式处理器和无线产品中国区业务发展总监程晓伟已开始拜访互联网巨头。德州仪器在数字信号处理器（DSP）方面无人能及，他们利用自己的DSP结合ARM做出了一种芯片，适合视频网站的搜索服务器。

“我们估计采用德州仪器芯片的服务器将会主打广电市场，因为德州仪器在这个市场的根基比较深。”一位数据中心人士说。

就这样，ARM合作伙伴正在研发存储服务器、视频搜索服务器、高端交换机、静态Web服务器、内容服务器、大型缓存服务器、离线搜索服务器......

“你会看到市场上有不同的芯片出来，它们关注和擅长的领域是不一样的。用户很容易选择一个既不贵又很完美的产品。”ARM邵巍说。

当然，要开拓数据中心市场，一个关键问题是软件生态环境的建立，这不是一件易事。

2010年，ARM、三星和德州仪器等企业共同成立了非盈利组织Linaro，推动基于ARM架构开放源码软件Linux的开发；2012年底，Linaro又成立了Linaro Enterprise Group组织，简称“LEG”。有趣的是，ARM内部把这个组织戏称为“腿”，希望这条腿能支撑起ARM服务器的生态系统，目前共有13家公司参与，包括Facebook、三星、惠普、Redhat、Marvell、AMD等企业，也包括一家中国企业——华为旗下的芯片公司海思半导体，这也是中国国内最大的半导体公司。ARM中国区总裁吴雄昂说，他们希望邀请到更多国内的合作伙伴，加入到这个软件生态体系中。

软件生态系统通常分三个层次：操作系统、工具链和上层应用。ARM邵巍说，他们从最基础的操作系统和工具链开始，一点点往前推进到应用。目前，他们与主流开源操作系统公司Redhat（红帽）和CANONICAL合作；工具链与最标准的GCC合作；在数据库方面，2011年底，Oracle宣布C2JIT对ARM支持，这是一个风向标。

而面对过去多年架构在X86平台上的大量应用，邵巍承认，这确实存在一个规模问题，需要时间。

艾默生网络能源的刘海峰说：“我们这些做服务器设备的，都是懂设备、懂网络的。ARM过去一直做消费电子，让ARM工程师来做网络会很难。同样，让我们这群人去做消费电子，估计也不灵。”很多复杂的软件是不能直接通过工具自动编译转换的，还要靠手工，有难度，工作量很大。这道出了软件生态的难度。

目前看来，能够用好ARM服务器的企业，自己需要强大的软件开发能力。

“百度技术强就强在这里。”Marvell张晖说，“应用软件都是他们自己开发的。”百度林仕鼎介绍，他们的软件开发前前后后用了半年时间。

不过，在生态系统完善上，ARM商业模式的优势再次凸显。它的合作伙伴在其间发挥积极作用。戴尔去年底称，他们正在努力发展ARM服务器生态系统。他们推出一个举措，任何从事ARM服务器软件开发的企业都可以考虑通过远程方式在其Copper服务器上进行测试。

英特尔的反击

“进去了就要坚持住”。

一位曾在AMD公司与英特尔打过多年争夺战，现在又在拓展数据中心业务的资深人士说。“大家要做好准备，英特尔会报复，而且会报复得很猛烈”。

应对ARM的介入，英特尔的反应速度很快。去年12月，英特尔推出了狙击ARM“小个子”芯片、功耗为6 瓦的英特尔凌动处理器。惠普在今年4月首个高密度、低功耗的商用服务器Moonshaot中，就搭载了这颗处理器。

英特尔公司副总裁兼数据中心与互联系统事业部总经理柏安娜女士称，几年前，他们就意识到市场对高密度、高能效比服务器的需求，开始研发部署。

在今年英特尔信息技术峰会上，当和记者谈及ARM进入数据中心问题时，柏安娜先强调了英特尔过去多年积累的软件生态系统：“你可能也知道，现在全球97%的应用都是基于英特尔架构的；在商业应用中，大概有上百万的应用都已经在英特尔架构上了。所以，我们比ARM架构具有的一个很重要优势——就是软件兼容性。”

同时，柏安娜也提及64位计算、虚拟化技术以及自动纠错，这些目前正是ARM阵营正在追赶的。另外，她也提及英特尔与百度和腾讯在定制方面的合作。

业内人士说，这是“一场时间上的赛跑”。

英特尔正在紧锣密鼓研发下一代高密度、低功耗平台，代号为“Avoton”，将采用22 纳米工艺制造，基于它的首台服务器系统有望于 2013 年下半年推出。

ARM阵营在攻克64位产品，如果ARM 64位产品推出，将对其开拓数据中心市场增添竞争力。ARM64位芯片有望在今年底或明年初推出。ARM合作伙伴AMD全球副总裁John Williams对记者说，他们计划在2014年推出基于ARM的皓龙（Opteron）处理器。而ARM称，其64位产品产业链成熟时间约在2014年底。

产品推出的速度和性价比，有可能决定市场的取舍和走向。

现在，产业链各环节都面临选择。

在国内互联网巨头中，对于新数据中心架构，大家的态度和步伐并不相同。面对市场上日渐增多的选择，百度选择了“尝鲜”，而腾讯和阿里则在综合整体架构和应用的情况下谨慎评估。

国内设备供应商也在思考。“我们看到过百度的ARM存储服务器，它的高密度和低功耗确实是我们产品现在无法做到的；但在它之上跑的软件需要重新开发，这是它的问题。” 一家做X86存储服务器的企业人士说，“每个硬件厂商都有它的根基，我们是做英特尔起家的，我们在战略上未来会以英特尔为主，但我们也在关注研究ARM的举动。”

2011年加入ARM的邵巍，刚开始负责的是企业应用，今年初，她从企业部门横跨到数据中心业务。她说，从长期预测来说，数据中心服务器的用量要远远超过企业服务器用量，中小企业最安全、最省事、最便捷的运营就是一切上云，而ARM关注的就是这批新兴的云服务数据中心。“未来，我相信我的主要力量是在服务器这边，因为这是一个更大、更重要的市场”。

Marvell张晖说，ARM在服务器市场最近几年会有突破。“最近甚至有客户来找我们，想把手机上类似愤怒小鸟的游戏放在服务器的云端上跑，让我们提供解决方案。这可能要用ARM方案来做，因为毕竟现在手机的大部分应用都基于ARM。因为手机终端的驱动，数据中心会有这个发展趋势”。

AMD全球副总裁John Williams说，ARM和x86将在服务器市场共存。运行传统IT业务的X86软件拥有一个很大的用户数，而64位ARM解决方案在全新高密度、开放源代码应用上则有不小机遇。

面对ARM的竞争，英特尔柏安娜打了个手势说：“你也知道，我们的策略就是让我们要在所有负载下都有相应的产品。”

“从2012年到2025年这10多年间，人类的数据量将增长1000倍，但半导体的密度和性能只能增长25倍，这中间有40倍的鸿沟。”德州仪器程晓伟对记者说，“我对服务器市场充满兴趣，因为有很多不确定的事，这就是魅力之所在。”