華為芯片和硬件戰略Fellow艾偉：把握ARM架構未來黃金十年

　　華為芯片和硬件戰略Fellow艾偉分析了新時期算力架構的發展趨勢。他認為未來十年是屬于ARM架構的黃金十年，而且會重寫X86的輝煌，而華為現在能夠提供基于全ARM的開發平臺，希望工程師們在新的計算架構中建立自己的新技能。

　

　　ARM正在重演X86的輝煌歷史

　　艾偉說，從2000年到2020年算力架構在發生變化。

　　第一，2000年X86占據市場第一的份額，總算力輸出達到了70%。到了2020年，算力架構發生了逆轉，世界上最大算力架構變成了ARM平臺，基于ARM指令的處理器總算力輸出達到了全球82%。

　　第二，上游產業產生端到端變化。一是半導體先進工藝的發展，已經不再由PC機牽引，而轉向了ARM架構的智能手機，ARM成為半導體產業的主要驅動力。二是基于ARM的產品形態更加豐富多彩，在這種情況下，軟件工程師就擁有了一個更加開放、多樣化的創新平臺，現在ARM平臺上的軟件越來越多。

　　艾偉表示，人們的質疑點是ARM現在還是下里巴人，性能比X86要低。但追溯歷史，可以看到當年X86與UNIX相比，性能也要遜色，但自PC機從上世紀80年代開始興起之后，1993年基于X86架構的PC機的總算力輸出超過了基于UNIX的大型機和小型機。1998年英特爾推出的至強處理器達到服務器水平，量變轉化成質變，到現在X86依然占據整個數據中心90%以上的市場份額，整個替換過程是顛覆性變化。

　　如今，這個歷史可能會再次被重復。而主角換成了ARM。

　　2007年智能手機上市，很快到了2013年，智能手機的算力輸出超過了X86，2019年，基于ARM架構的鯤鵬920處理能力達到了高端服務器的水平。從量變到質變的故事會再次發生。

　　工程師要在新計算架構中建立技能

　　“對于每一位工程師來說，在這個時候需要把自己的技能轉移到新的計算架構中去。”艾偉這樣建議。

　　目前半導體的摩爾定律遇到了瓶頸。以前處理器主頻升高會使性能越來越好，但當處理器性能達到一定水平時，再提高主頻會碰到巨大的功耗約束。如何突破這個瓶頸，繼續提高CPU的算力呢？

　　艾偉說，我們已經看到了一條路徑——多核并行。這個路徑在ARM架構上走得比較快。從手機看，很早就實現了四核到八核的處理器；從服務器來看，華為推出第一代鯤鵬910時，推出了32核的處理器，去年發布的鯤鵬920，再次把處理器CPU核數提高到64核，其中CPU的核心架構也是華為自研的。

　　“這種情況帶來整個產業趨勢的變化，我們看到現在不只是華為，已經上市的多個ARM處理器都在增加更多的核數。”艾偉說。其中也包括英特爾、AMD。利用多核處理器提升算力，軟件工程師也因此面臨新挑戰。

　　除了處理器的多核趨勢，新的計算架構里，還需要一個高速低時延的總線，能夠實現更加快捷的訪問數據、訪問外設、訪問網絡。所以最底層的物理技術也要提升。艾偉說，鯤鵬920支持8通道內存訪問，整個性能提升了64%，可以用更多的數據及時喂養給CPU做計算。華為提供了PCIe4.0總線性能，支持64G總線性能，可以用更多的方式連接外設和網絡。

　　“當我們把先進半導體工藝、多核架構、高速內存訪問、高速總線連接在一起，我們為整個軟件產業提供了更加開放而且持續實現性能提升的平臺。”艾偉說，“這個平臺意味著我們仍然可以獲得更加廉價充沛的算力支持。”

　　半個世紀以前的大型機和小型機時代，用戶少、應用數目少；PC機時代，每年可以達到上億新增用戶，應用數目達到十萬級別；智能手機時代和云手機時代，用戶數增長達到了十億級別，軟件達到了百萬級別。艾偉說，所有這些上層應用的繁榮、軟件的繁榮，都是從底層開始改變，讓單位成本所購買的算力，提升了十億倍，這是一個非常驚人的數據，而且今后華為還會持續提升性價比，提供更加充沛的算力。

　　華為提供基于全ARM的開發平臺

　　讓一個產業接受一個新的指令架構，需要做很多底層工作。艾偉說，我們從操作系統到中間件，再到軟件開發工具，各個方面都逐步充實了ARM上基本的軟件平臺支持。從早期只有少數的幾十個應用，到現在有2000多個應用，而且應用量呈現加速發展勢頭，這得益于我們具備了完整的軟件開發平臺和工具環境。

　　把一個軟件從一個CPU遷移到另外一個CPU，除了可能會帶來性能提升、成本下降、功耗降低的好處，最關鍵的是在新的CPU上做出的創新功能和創新價值如何體現？

　　艾偉認為，答案在5G網絡。5G網絡可以用更寬的帶寬、更低的時間實現對終端、對云計算、對數據中心的連接，而且5G網絡不只是一個簡單的通用計算，它會面向人工智能。

　　在4G網絡上，中國各個產業得到大發展，如移動互聯網、移動支付、共享經濟、微信、短視頻等等。4G網絡的空口時延是10毫秒，從終端發起一個呼叫到返回到被呼叫終端的響應時間是100毫秒，手機游戲的玩家可以清晰地看到時延數據，這個時延數據匹配了人體的手、眼、腦的反映時間，所以我們覺得很流暢。

　　在5G網絡中，帶寬和時延的性能改進了10倍。艾偉說，5G網絡的時延降低到1毫秒，端到端的請求響應時間降到10毫秒，這個時延超過了人體神經的反應，會給AR、VR應用帶來新的體驗。同時在智能終端上，在機器人的應用上，會更廣泛。利用5G網絡，數字世界和物理世界能夠更緊密地連接起來，通過軟件算法的運算給出高價值的信息，優化物理世界，這個世界會發生不可逆轉的變化。

　　為實現這樣的變化，華為提供了一個更加全面的、基于全ARM的開發平工具平臺。“我們可能不再需要買一個X86的PC了，只要是基于ARM的手機、基于ARM的PC，甚至于基于ARM的智能電視，都可以實現編程功能。”艾偉說，“我們可以實現隨時隨地的編程和創造，我們可以得到觸手可得的開發工具，讓靈感創造持續發揮出來。”而更重要的是，在掌握這些軟件技能后，應用可以部署在終端、部署在邊緣計算、部署在數據中心的云計算，所有這些部署場景，都是機會。

　　艾偉說，我們相信在一個全ARM的開發環境，以及全ARM的應用運行部署環境上，軟件工程師會得到更高效率，以及更廣闊的職業發展前景。