隨著行業(yè)轉(zhuǎn)向定制芯片，定制硅是前進的方向。HPC行業(yè)開始通過FPGAs和GPU來滿足需求，而CPU面臨著落后的風(fēng)險，過去十年中，企業(yè)硬件領(lǐng)域見證了市場領(lǐng)導(dǎo)者，如AMD和英特爾，他們推動著CPU中更多核心的趨勢。由于可改進的伸縮性和云服務(wù)提供商的增加，這一行業(yè)趨勢在過去幾年中或多或少沒有受到抑制。然而，像IBM、Atos、Oracle和HPE這樣的HPC客戶現(xiàn)在要求的不僅僅是內(nèi)核；他們需要更好的CPU。

要了解CPU制造商為什么推動每插槽更多內(nèi)核，我們必須首先了解企業(yè)用戶的要求。數(shù)據(jù)中心效率的最大限制因素之一是空間。服務(wù)器布置在機架系統(tǒng)中，每個機架包含一臺完全配置的計算機(或服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施，如網(wǎng)絡(luò)交換機和冷卻解決方案)。每個機架可以容納多達4個CPU插槽，對單個機架可以容納的計算能力以及服務(wù)器群(通過擴展)設(shè)置了硬性限制。

由于這一限制，云服務(wù)提供商和超大規(guī)模企業(yè)在嘗試擴展其資源時經(jīng)常遇到問題，這導(dǎo)致對更多內(nèi)核CPU的需求激增。AMD和英特爾隨后投入大量R&D資源開發(fā)新的微體系結(jié)構(gòu)，讓他們在每個芯片上放置更多的內(nèi)核。例如，AMD的Threadripper和Epyc系列已經(jīng)從新的小芯片（chiplet）微體系結(jié)構(gòu)中受益匪淺。

從那以后，芯片制造商只專注于增加內(nèi)核數(shù)量。人們只需要看看當(dāng)前的企業(yè)技術(shù)領(lǐng)域和十年前的區(qū)別。2013年，英特爾發(fā)布了Ivy Bridge版本的至強處理器，在其最高端的芯片上，每個插槽最多可提供12個內(nèi)核。相比之下，他們的新藍寶石Rapids芯片每插槽高達60個內(nèi)核。AMD也是如此，他們在2017年推出了每插槽32核的Epyc Naples系列芯片。現(xiàn)在，最新的Epyc芯片每插槽最高可達96個內(nèi)核。


內(nèi)核數(shù)之外的問題


雖然增加更多內(nèi)核為谷歌、Meta等云計算巨頭和超算公司提供了可擴展性選擇，但同時也意味著市場的其余部分被甩在了后面。聯(lián)想負責(zé)HPC和AI的副總裁Scott Tease表示，

“我們就像是在核心地帶游泳。我們發(fā)現(xiàn)，真正尋求96核或128核的客戶非常少。如果有一個頻率為GHz以上的8核或16核器件就更好了�！�

由于專注于將更多內(nèi)核裝入CPU，時鐘速度、內(nèi)存帶寬和功耗等其他指標(biāo)都被拋到了一邊。過去十年里，企業(yè)級CPU的頻率已經(jīng)降到了3GHz左右，AMD最新的消費芯片可以將頻率提高到5.7GHz，英特爾的芯片可以達到6GHz。

內(nèi)存帶寬也是如此，隨著DDR5內(nèi)存的興起，AMD將他們的帶寬提高到了460GB/s。英特爾至強已經(jīng)決定采用高帶寬內(nèi)存(HBM)模型，犧牲可升級性和1TB/s內(nèi)存帶寬的成本。這些只是權(quán)宜之計，因為必須從根本上改造CPU架構(gòu)，以允許更多的內(nèi)存通道和帶寬。

功耗也是另一個因內(nèi)核數(shù)量增加而加劇的問題。最新系列的Epyc和Xeon處理器每個CPU的功耗分別為400瓦和350瓦，這迅速增加了服務(wù)器農(nóng)場規(guī)模。運營商還必須考慮這種高能耗芯片帶來的更高熱量輸出，這需要額外的冷卻解決方案，從而增加了成本。


CPU開始縱向衰落


當(dāng)考慮科技巨頭的規(guī)模市場時，方向是明確的。定制硅是前進的方向，這一趨勢甚至連AMD和英特爾都已認識到。AMD的Instinct芯片旨在將CPU和GPU的能力結(jié)合在一起，并將其與高帶寬內(nèi)存和3D V-Cache技術(shù)相結(jié)合。英特爾還將其羽翼未豐的GPU技術(shù)與其“Falcon Shores”產(chǎn)品中的CPU相結(jié)合。

雖然這些產(chǎn)品肯定會填補超算需求的空白，但HPC行業(yè)已經(jīng)轉(zhuǎn)向FPGAs和GPU來滿足他們的需求。例如，CERN正在使用FPGAs來加速他們發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的工作。

微軟還創(chuàng)建了Project Catapult，這是一項將FPGAs和CPU結(jié)合起來在云中創(chuàng)建可編程芯片的計劃。物理模擬是HPC的支柱，已經(jīng)成熟到可以在GPU上運行得非常好的程度，將管理系統(tǒng)資源的任務(wù)交給了CPU。

未來十年內(nèi)，CPU制造商將看到市場份額萎縮。隨著定制芯片以及FPGAs和GPU功能的興起，CPU必須為HPC提供堅實的競爭優(yōu)勢，否則將面臨消亡的風(fēng)險。（鐠元素；英文鏈接http://analyticsindiamag.com/forget-more-cores-hpc-needs-better-cpus/）