基于ARM架构服务器的机会与挑战
摘要：ARMHoldings，Plc。成立于1990年，是一家半导体技术公司，总部位于英国剑桥。它主要负责设计各种处理器的架构，并将其架构授权给各大芯片设计师，由他们制造芯片。所设计的ARM架构已经广泛应用于各种设备中，如手机、平板电脑、数字电视和机顶盒、台式电脑以及外设和各种企业控制设备。2017年，在美国硅谷举办的开放计算项目(OCP)年会上，数据中心领域重量级人物云集；其中，微软透露，它正在测试来自高通Cavium和至少一家其他芯片供应商的ARM服务器处理器，这为ARM阵营挑战主流英特尔)x86架构增添了希望。微软从Azure云服务移植了一套生产应用，以及Net应用程序架构和一个版本的WindowsServer操作系统，供ARM服务器内部使用。微软还帮助高通和卡威姆设计了符合奥林巴斯标准的主板。
关键词：x86架构和arm架构区别ARM架构；服务器；机会；挑战；
引言
随着信息技术的发展，借助于处理器灵活的可编程能力和面向任务的自动处理能力，现代工
业电子设备和组件模块通常采用嵌入式处理器设计方式来实现对系统的实时控制或状态监控。但嵌入式系统或设备为了便于工业控制，通常被配置人迹不易到达或维修难以施展的狭小空间内，给嵌入式处理器的程序功能改进、程序更新带来了困难。传统的基于JTAG下载电缆连接处理器的方法变得不再适用，迫切需要研究新的在线程序更新方法，以适应组件免拆装即能完成程序更新的功能。
1ARM架构特点
ARM技术在移动通信时代得到广泛应用，主要原因是ARM体系结构包括:1)低功耗和低功耗2)arm内核使用RISC轻量级控制计算结构，RISC设计理念Load/Store 3)大量注册表。Load/Store多注册表语句6)可以执行常规下载操作和常规ALU操作7)使用协调处理脚本扩展ARM脚本。包括添加新的注册表和数据类型8)thumbs脚本:脚本9在thumbs体系结构中以16位压缩形式表示)灵活方便的接口ARM体系结构具有一个用于连接16个协处理器10)嵌入式联机模拟调试的协处理器接口。
2ARM程序
ARM应用程序在多任务实时操作系统TIＲTOS中实现，为了和Bootloader执行命令保持一致，程序中单独创建一个任务，用于监听上位机的串口命令，并进行Switch-Case格式响应，Bootloader不同之处在于:当ARM应用程序接收到COMMAND_WARM_UPDATE命令时，将跳转到Bootloader起始地址，开始进行程序更新。根据前述对bootloader程序中DOWNLOAD、SEND_DATA和GET_STATUS等3个互操作语句的描述，上位机对ARM应用程序的更新步骤如下:(1)上位机发送COMMAND_WARM_UPDATE命令，请求程序更新，ARM准备好后返回ACK，并跳转到Bootloader程序空间;(2)上位机发送COMMAND_DOWNLOAD命令，给出ARM应用程序的起始地址和程序字节长度;(3)ARM返回ACK状态，表示接收正常;(4)上位机发送COMMAND_GET_STATUS命令，获取当前状态;(5)单片机返回状态信息;(6)上位机发送COMMAND_SEND_DATA命令，开始发送更新的程序数据包;(7)ARM返回ACK状态，表示接收正常;(8)上位机发送COMMAND_GET_STATUS命令，获取当前状态;(9)单片机返回状态信息;(10)重复步骤(6)～(9)，直到程序下载结束;(11)上位机发送COMMAND_ＲUN命令，让ARM执行应用程序;(12)ARM返回ACK，并跳转到ARM应用程序空间，从而完成程序的在线更新。
3ARM服务器市场分析
3.1AI市场
（1）细分行业碎片化视频AI需求与规模化供给存在矛盾。各个细分行业业务场景不同，存在大量碎片化需求，导致面向特定行业的算法和产品在很大程度上缺乏通用性，单点成本高，难以规模化，无法吸引到算法供应商参与其中，制约了许多行业的AI算法发展。（2）AI算法训练数据难获取。数据是AI算法开发的前提和基础。训练数据的数量一定程度上决定了算法的性能。当前算法训练数据获取一般会遇到2个方面问题：①数据掌握在行业用户处，因信息安全、商业秘密、用户隐私等方面因素考虑，部分行业用户难以提供数据并用于算法训练。②算法训练数据出现概率低，难以获得足够的数据样本进行训练。（3）AI算法开发成本高。算法开发需要数据、算法和算力三要素。其中，算法设计和开发需要专业的算法工程师，人力成本高。作为三要素之一的算力，则需要企业购买GPU训练服务器或训练集，高昂的GPU硬件成本加重了企业负担。（4）应用交付复杂，部署周期长，AI算法迭代慢。实际应用涉及产品、施工、算法优化、信息系统打通、业务流程转型等环节，整体周期长，用户需求无法快速变现，应用部署后，算法无法快速迭代更新。
3.2多节点服务器
ARM体系结构数据中心计算中不需要服务器芯片。某些存储系统已从x86体系结构升级到ARM体系结构，特别是在某些辅助存储设备上。ARM可节省资金和能源。ARM还可以在与大型数据相关联的应用程序设备(硬件)、HPC项目系统、专用网站、代理和缓存上看到处理器，尽管它是专用的专用功能驱动设备(dedicatedpurpose)，而不是通用、通用的系统。此外，上述障碍已逐一克服:几乎所有持续在服务器市场上竞争的ARM处理器现在都已进入64位，最初的32位问题已不复存在，高通继续在服务器上使用芯片。IDC预测未来将在三个主要方面部署ARM，即标准化多节点服务器、自定义多节点服务器以及用于数据中心(后端)和发现站点(前端)的端到端网关。
结束语
X86伺服器每年出货超过1100万次，价值超过700亿美元，是X86伺服器市场上最大的伺服器晶片类型(85%)，Intel占x86伺服器市场的98.7%。华为开发基于ARM的服务器，是ARM在服务器市场上的关键合作伙伴，这严重威胁到英特尔在服务器市场上的垄断地位。虽然有几个客观的发展条件有利于ARM架构难民营(如AMCC、gaotong、maywill)，但上述挑战包括服务器软件生态系统仍远不如x86架构强大，以及x86难民营(如Intel、supermicro)
的应对措施， ARM伺服器晶片的耗电量逐渐增加，以加速缩小x86架构的效能差距，以及上述每瓦效能优势可能降低的情况，都值得ARM架构营持续监控与测试。

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