跨界造芯「卷」上云，云计算厂商角逐服务器芯片

随着数字技术向社会各领域的全面持续渗透，现代社会算力需求愈加迫切，云计算厂商作为算力的重要供给方，将面临新的发展机遇，工信部发布的《2021年通信业统计公报》显示，云计算已经成为新兴业务中增长最快的领域，相关业务较上年增长91.5％。

数据中心是云计算产业的底层核心基础设施，也是云计算厂商的重要抓手。服务器是数据中心基础设施的重要组成部分，其中的CPU、GPU决定了服务器的算力。信通院数据显示，服务器在数据中心硬件成本中占比70％左右。进一步的，芯片成本则占据服务器成本的绝大部分。根据IDC的研究数据，CPU、GPU、DRAM三个模块中的芯片成本在基础型服务器中占比约30％，在更高性能的服务器中，占比高达50％-80％。

但是，服务器芯片市场还是处于被龙头垄断的阶段。根据市场调研机构IDC的报告，英特尔占据了服务器CPU市场近九成的份额，英伟达占据独立GPU市场份额近八成。

因此，除了芯片赛道的专业选手外，AWS、谷歌等云计算厂商也纷纷跨界，下场造芯。

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云计算厂商为何选择自研芯片

“自渡”才是底气

从外部的供应链因素来看，现今的全球半导体供应链风云莫测，尤其新冠疫情在全球爆发后，涨价、缺货的现象层出不穷。

今年2月，英特尔CEO Pat Gelsinger也证实，英特尔代号为Granite Rapids的服务器芯片将从2023年推迟至2024年发布。Granite Rapids是一款采用Intel 3制程工艺的产品，英特尔改变了产品路线图，这可以让Granite Rapids芯片性能更好。而此前，英特尔也推迟了服务器芯片Sapphire Rapids的上市时间，推迟后的生产时间表比预期晚了三个月。

今年1月份，有消息指出，AMD旗下的EPYC服务器处理器出现了接近10%-30%的价格涨幅，并且还出现了缺货的迹象，因此有多家服务器制造商正在寻求进一步的采购，通过加价购买产品。

而无论是推迟新品发布，还是涨价，对于其下游的云计算厂商来说，都会产生影响。芯片作为整个科技产业的“底座”，夯实底座才能赢得未来。与其全靠他人，不如努力“自渡”，云计算厂商自研服务器芯片可以减轻对第三方供应的依赖，获得更大的生产自主度。

满足需求，是云计算厂商的主要目的

云厂商可以对云上客户的需求有深刻的理解，从需求入手，逆向工作设计芯片，既是云计算厂商的工作重点，也是他们在服务器自研芯片发明方面的*优势。

从2013年起，AWS就开始自研芯片的创新，到现在已经有9年的历史了。目前已拥有完整的自研芯片产品家族。AWS做芯片的核心目的并不是与传统芯片厂商竞争，而是基于企业客户对性能、成本的核心需求，向客户提供与现有的云服务一起打包的软硬一体方案。

服务器芯片并不能单单追求性能，如何满足客户需求才是云计算厂商更应该考虑的事情。

降低成本与价格，也是提高竞争力的手段之一

据Gartner数据，2021年全球云计算IaaS市场份额中，AWS占据38.92%的市场份额，微软占据21.07%的市场份额，排名之后的就是阿里云、谷歌云、华为云和腾讯云，市占率均不到10%。

现在来看，头部全球云服务厂商的市占率基本定型，各家厂商的价格也会成为拉新留存客户的重要手段。而云服务厂商要考虑的就是如何降低成本，自研芯片是降低成本最关键的环节。自研芯片能提供供应链的优势，降低采购芯片的成本，云厂商生产产品的性价比也更高。

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云计算厂商开启自研

AWS开创了云厂商自研芯片的先河。从2013年推出首颗Nitro1芯片至今，已经有八年自研芯片历史的AWS已拥有网络芯片、服务器芯片、人工智能机器学习自研芯片三条产品线。其中，Graviton系列是AWS自研的基于Arm架构的服务器芯片。

去年12月，AWS推出了Graviton3，采用5nm工艺，64核，集成了550亿晶体管，主频2.6Ghz，支持bfloat16（为深度学习而优化的新数字格式），PCIe5.0。与Graviton2相比，Graviton3处理器支持为科学计算、机器学习和媒体编码工作负载提供高达2倍的浮点运算性能，为加密工作负载速度提升高达2倍，为机器学习工作负载提供高达3倍的性能。

Graviton3处理器的能效也更高，在相同性能下，与同类型基于x86的实例对比，可节省高达60%的能源消耗。

除了AWS之外，谷歌也推出历时4年打造的Tensor芯片，采用三星5nm工艺打造，为8核心，包括2个Cortex-X1超大核（主频2.8GHz），2个A76大核（主频2.25GHz）和4个A55小核（主频1.80GHz），集成20核 Mali-G78 MP20 GPU。

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Arm架构风生水起

长期以来，x86架构在PC及服务器领域占据统治地位，而Arm架构在移动终端和嵌入式领域应用较为普遍。x86的方向是高性能方向，因为它追求一条指令完成很多功能，而Arm的方向是面向低功耗，要求指令尽可能精简。x86和Arm的各自主要方向决定了他们的市场。x86的市场主要是PC和服务器，因为需要高性能。Arm的市场主要是手机和平板，因为需要低功耗。

但是近年来，在智能手机、平板电脑等智能终端以外，Arm不断延伸至物联网、数据中心等领域，地位不断提升，向传统x86领地发起进攻。

数据中心服务器对定制化、微型化、高扩展性的要求更高，Arm也更符合这些趋势和要求。与x86架构相比，Arm的优势在于可降低硬件成本、提高效率。Arm架构仅保留所需要的指令，可以让整个处理器更为简化，拥有小体积、高效能的特性，且能够胜任简单但多线程的负载。除此之外，Arm架构处理器的核心负担相较x86处理器低上许多，并且因为早前应用处理器的需求就是以低功耗为重点，即便如今效能不断提升，仍是以保有省电的特性为前提发展。

据集邦咨询预测，2025年Arm架构在数据中心服务器的渗透率将达到22%，这也意味着Arm架构可能会逐步改变数据中心服务器市场格局。

对于云服务商来说，自研Arm架构芯片也是很有必要的。x86架构的CPU受限于英特尔和AMD，云计算厂商无法做进一步特性优化。在当前头部几家云计算厂商已发展成熟并进入竞争阶段的情况下，每一家都需要做出更多差异化，以及综合竞争优势，从这个层面来说，自主研发可控的Arm芯片也就具备一定的战略意义。

公开数据统计，AWS在2021年Arm架构处理器的部署已达其整体服务器建置的15%，并将于2022年超过20%。

除了AWS外，2020年，业界也曾经传出微软正计划开发Arm架构服务器芯片的消息。确实，微软一直布局开发自己的服务器芯片，据报道，微软希望扩大自己的服务器芯片业务，已经从苹果公司聘请了著名的芯片架构师Mike Filippo来加强自己的芯片研发能力，这些芯片为Azure云计算服务提供支持。

国内厂商中，阿里巴巴和华为也正在布局Arm服务器芯片。

2019年，华为旗下的海思半导体推出了基于Arm架构的服务器芯片鲲鹏920。鲲鹏920是目前业界最高性能Arm-based处理器。该处理器采用7nm制造工艺，典型主频下， SPECint Benchmark评分超过930，超出业界标杆25%。同时，能效比优于业界标杆30%。鲲鹏920以更低功耗为数据中心提供更强性能。

但受制于制裁，下一代的鲲鹏930无法如期发布。2021年4月，华为轮值董事长徐直军预计，短期内无法解决鲲鹏芯片代工的问题，但鲲鹏本身是一个Arm的生态，华为仍会坚定不移地去推进。

2021年10月，阿里巴巴旗下半导体公司平头哥发布自研云芯片倚天710。

倚天710采用最新的Armv9架构，基于*进的5nm工艺，单芯片集成600亿晶体管，CPU核心数高达128个，最高主频为3.2GHZ，能同时兼顾性能和功耗。倚天710不仅是全球*采用5nm工艺的服务器芯片，也集成了最新的内存DDR5和PCIE5.0，能有效提升芯片的传输速率，并且可适配云的不同应用场景。

标准测试集SPECint2017的数据显示，倚天710的分数达到440，超出业界标杆20%，能效比提升50%以上。

由于x86架构已经形成了完善的产业和生态环境，是整个产业中最庞大、最完善、应用最广泛的处理器架构之一，生态壁垒极高。因此，Arm架构若想在服务器市场中，与x86架构分庭抗礼，还有一定的难度。

但是，众多巨头加入Arm阵营，预示着Arm的生态将会越来越完善，Arm架构在服务器市场份额也会不断增长。

对于整个行业来说，云厂商“卷”到服务器芯片市场，也会影响原有的市场格局。云厂商的自研芯片根据自己的技术路径按部就班的发展，加之云厂商的服务器芯片在未来也将不断的应用在自己的服务器中，英特尔和AMD的新一代服务器CPU将与云服务提供商的CPU更新速度不一致。

但是对于云厂商来说，自研服务器芯片是他们能充分掌握自主权迈出的一大步。

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