數據中心是算力的聚集地，絕大多數算力都聚焦在超算中心、數據中心并以服務器釋放到千行百業。在行業數字化及國產化進程中，x86、ARM及RISC-V等各種架構派系處理器、服務器、加速器都以獨特技術優勢在數據中心散發著“光”和“熱”。 ?

本文從數據中心芯片占比、應用生態兼容、性能、技術演進等維度著手，分析國內基于ARM芯片廠商的行業兼容性及應用生態現狀。

一、超算中心現狀及芯片占比

縱觀超算中心，從第60屆TOP500榜單數據顯示，Intel仍然是超算系統中最大的處理器廠商，占有率達到75.80%，Xeon芯片超算系統中應用普遍，最新入榜的Leornardo采用的就是Xeon Platinum處理器。 ?

AMD處理器是受歡迎的HPC系統芯片，其占有率20.20%，且占有率持續增長（從18.60%上升至20.20%）。TOP500系統中有101個系統采用AMD處理器，例如排名第一的Frontier和排名第三的LUMI。 ?

從TOP500榜單數據來看，基于Intel和AMD的x86架構CPU占據超算中心96%系統份額。 ?

不難理解，超算中心重點考量指標就是算力（Benchmark）和系統性能（業務Workload），這正是以x86為代表的復雜指令集的強項。 ?

從算力角度講，CPU乃至服務器架構設計決定算力，尤其是浮點及雙精度運算能力，即64位浮點數字的計算（FP64）；排名第一的Frontier超算系統就基于HPE Cray EX架構，第三代AMD EPYC處理器保證極高性能。 ?

但系統性能方面，在如天氣預報等精度要求極高仿真行業，不僅需要超高算力，還需兼容CPU架構的商業軟件保證系統性能，行業及CPU架構高度優化過的商業軟件才能保證系統性能、業務效率及準確度。

從《開放架構HPC技術與生態白皮書》可得知，超算及數據中心應用生態的行業，例如油氣、制造CAE等行業以商業軟件為主，涉及核心算法、實踐經驗積累，對結果精準的要求并非開源軟件可替代，x86架構對商業軟件支持的完備度最高。

二、ARM數據中心份額及生態

在超算中心，ARM處理器表現平平；雖然日本Fugaku系統 TOP500榜單排名第二，但該系統并非通常意義上的ARM架構，而是由富士通基于超算優化版的A64FX處理器。市場份額上，ARM屬于Others陣營，與RISC-V等架構同屬4%行列。 ?

在數據中心，x86市場份額依然堅挺，據IDC數據，Intel和AMD x86合計市占率91%；ARM在依然屬于Others陣營；但在非X86領域，ARM以低能耗、高效率、發展時間長的優勢占據移動終端市場的主導地位，使用最廣泛、發展最成熟，市占率達到43.2%，遠高于RISC-V 9%。在移動終端方面，ARM占據絕對優勢。

回歸到RAM生態，ARM在HPC行業應用系統兼容生態完備度較強，如教育、氣象、生命等重要的科學計算領域中都有開源軟件ARM 指令集版本，少量或無需開發即可完成軟件移植。 ?

然而，在傳統行業，如智慧城市、數據庫、中間件等應用受限細分行業及場景差異性，兼容復雜性等諸多因素，兼容覆蓋度略顯不足，一般按需定制開發。

三、ARM芯片架構及玩家分析

ARM作為精簡指令集，其優勢在功耗比，結合其在移動終端領域市場優異表現，決定主要應用在移動和嵌入式市場。 ?

從功耗來講，對于單CPU的手機采用arm來降低功耗效果是非常明顯的；但在數據中心、超算中心，服務器結構復雜，如磁盤、加速卡等數量遠高于CPU，這導致服務器的主要功耗不在CPU，因此，衡量數據中心能耗的方式也與移動終端不同。 ?

數據中心有專有冷卻裝置保證數據中心的整體能耗：PUE，如超算中心Green10排名第3的Adastra系統（319,072核，HPE Cray EX235a），相比Setonix- GPU系統（181,248核，HPE Cray EX235a），CPU核數更多，Green10排名反而更靠前。

在性能上，ARM芯片依靠多核心堆砌，單核性能相對薄弱（單CPU堆至64核），尤其在雙精度浮點運算總體比不上x86架構芯片性能。由于新型XPU加速卡算法、算子庫都基于x86開發，難以通過加速卡在ARM架構上進行性能加速。 ?

制于ARM芯片性能、生態原因，桌面PC發展也受到一些限制。國產ARM芯片在PC電腦的應用更為慘淡，目前主要為飛騰PKS體系內。 ?

在人工智能背景下，ARM除了性能、生態的本身問題外，V9架構迭代的延續性問題導致在數據中心領域發展空間受限。 ?

目前國產Arm架構CPU服務器玩家大體分為華為的鯤鵬系和中電子的飛騰系。飛騰、華為等公司已掌握 Arm64 處理器核、微架構及芯片設計相關技術。 ?

華為發布了一系列基于 Arm 架構的服務器產品，如2019發布的鯤鵬920，作為7nm數據中心ARM處理器，專為大數據處理以及分布式存儲等應用而設計。而飛騰則建立了PKS體系，主要也用于服務器產品，分為高性能服務器芯片、高效能桌面芯片和高端嵌入式芯片，現在移動終端市場占據統治地位。

四、ARM、RISC-V困境及國產發展之道

當前國內六家主流CPU廠商鯤鵬、飛騰、兆芯、龍芯、海光、申威紛紛發力，從國外引進各種不同技術架構如ARM、X86、MIPS等；八仙過海各顯神通。 ?

國產CPU產業產生了三種不同的路線，海光和兆芯基于x86指令集在商業應用領域更具優勢，龍芯和申威依靠自主研發的優勢在特種應用場景上受到青睞，鯤鵬、飛騰基于ARM架構，在具有優勢的特定賽道尋找超車的機會。 ?

相比占據壟斷地位的x86指令集，ARM指令集本身作為彎道超車思維的產物。ARM指令集的優點在于功耗小，能效比優秀，打開了移動端設備和消費類電子的市場，這也跟ARM在移動終端的市場優異表現一致。 ?

鯤鵬系主要是以華為自家TaiShan系列服務器為核心，向服務器合作廠商（如神州數碼、寶德等）出售鯤鵬主板。近兩年在鯤鵬和飛騰的大力推動下，國內ARM生態發展迅速，但目前國內市占僅有7%。 ?

飛騰則基于PKS體系，在信創領域有較好的市場表現。飛騰CPU(Phytium)和麒麟操作系統(Kylin)?和S-Security”的立體防護安全鏈，在安全性上有更明顯的優勢，從而在對信息安全要求更高的領域，獲得了一席之地。

相比RISC-V，ARM經過二三十年時間的積累，已經形成了比較完善的生態，尤其是在基礎軟件方面，包括操作系統、基礎庫、編程語言與編譯器、開發環境和運行環境等等，對CPU架構有個支撐。 ?

無論鯤鵬依托華為生態還是飛騰PKS體系強調的安全性，本質上還都是ARM處理器在特定領域發展自身生態，以切入一個特定市場。

五、總結

從生態長遠來看，一方面，ARM服務器跟數據中心主流x86生態相互不兼容，如果用戶需要從x86平臺切換到ARM平臺，遷移工作量大；并且因為各行各業部署環境不相同，軟件問題很難從服務器廠商獲得幫助。另一方面，開源為產業入局開啟一扇窗，但同時，對企業創新及差異化優勢又筑起了一道墻，ARM版本的開源軟件在商用之前往往需進行功能完善、性能調優，工作量及難度大。 ?

在應用場景上，鯤鵬系和飛騰系都是基于既有生態和行業在服務器領域優勢，逐漸向數據中心、存量x86市場邁進，但ARM在應用性能、生態、技術演進等方面的不足需要時間逐步完善。 ?

在技術上，鯤鵬和飛騰均獲得ARM v8指令集授權研發設計CPU產品，但ARM指令集演進問題一直被詬病。對于國內信創產業，ARM架構在延續性和自主性的問題亟待解決。

審核編輯：劉清