華為芯片和硬件戰(zhàn)略Fellow艾偉：把握ARM架構(gòu)未來黃金十年

　　華為芯片和硬件戰(zhàn)略Fellow艾偉分析了新時期算力架構(gòu)的發(fā)展趨勢。他認(rèn)為未來十年是屬于ARM架構(gòu)的黃金十年，而且會重寫X86的輝煌，而華為現(xiàn)在能夠提供基于全ARM的開發(fā)平臺，希望工程師們在新的計(jì)算架構(gòu)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(gòu)在發(fā)生變化。

　　第一，2000年X86占據(jù)市場第一的份額，總算力輸出達(dá)到了70%。到了2020年，算力架構(gòu)發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，世界上最大算力架構(gòu)變成了ARM平臺，基于ARM指令的處理器總算力輸出達(dá)到了全球82%。

　　第二，上游產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生端到端變化。一是半導(dǎo)體先進(jìn)工藝的發(fā)展，已經(jīng)不再由PC機(jī)牽引，而轉(zhuǎn)向了ARM架構(gòu)的智能手機(jī)，ARM成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主要驅(qū)動力。二是基于ARM的產(chǎn)品形態(tài)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(chuàng)新平臺，現(xiàn)在ARM平臺上的軟件越來越多。

　　艾偉表示，人們的質(zhì)疑點(diǎn)是ARM現(xiàn)在還是下里巴人，性能比X86要低。但追溯歷史，可以看到當(dāng)年X86與UNIX相比，性能也要遜色，但自PC機(jī)從上世紀(jì)80年代開始興起之后，1993年基于X86架構(gòu)的PC機(jī)的總算力輸出超過了基于UNIX的大型機(jī)和小型機(jī)。1998年英特爾推出的至強(qiáng)處理器達(dá)到服務(wù)器水平，量變轉(zhuǎn)化成質(zhì)變，到現(xiàn)在X86依然占據(jù)整個數(shù)據(jù)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(fù)。而主角換成了ARM。

　　2007年智能手機(jī)上市，很快到了2013年，智能手機(jī)的算力輸出超過了X86，2019年，基于ARM架構(gòu)的鯤鵬920處理能力達(dá)到了高端服務(wù)器的水平。從量變到質(zhì)變的故事會再次發(fā)生。

　　工程師要在新計(jì)算架構(gòu)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(zhuǎn)移到新的計(jì)算架構(gòu)中去。”艾偉這樣建議。

　　目前半導(dǎo)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(dāng)處理器性能達(dá)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(xù)提高CPU的算力呢？

　　艾偉說，我們已經(jīng)看到了一條路徑——多核并行。這個路徑在ARM架構(gòu)上走得比較快。從手機(jī)看，很早就實(shí)現(xiàn)了四核到八核的處理器；從服務(wù)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(fā)布的鯤鵬920，再次把處理器CPU核數(shù)提高到64核，其中CPU的核心架構(gòu)也是華為自研的。

　　“這種情況帶來整個產(chǎn)業(yè)趨勢的變化，我們看到現(xiàn)在不只是華為，已經(jīng)上市的多個ARM處理器都在增加更多的核數(shù)。”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(zhàn)。

　　除了處理器的多核趨勢，新的計(jì)算架構(gòu)里，還需要一個高速低時延的總線，能夠?qū)崿F(xiàn)更加快捷的訪問數(shù)據(jù)、訪問外設(shè)、訪問網(wǎng)絡(luò)。所以最底層的物理技術(shù)也要提升。艾偉說，鯤鵬920支持8通道內(nèi)存訪問，整個性能提升了64%，可以用更多的數(shù)據(jù)及時喂養(yǎng)給CPU做計(jì)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(shè)和網(wǎng)絡(luò)。

　　“當(dāng)我們把先進(jìn)半導(dǎo)體工藝、多核架構(gòu)、高速內(nèi)存訪問、高速總線連接在一起，我們?yōu)檎麄€軟件產(chǎn)業(yè)提供了更加開放而且持續(xù)實(shí)現(xiàn)性能提升的平臺。”艾偉說，“這個平臺意味著我們?nèi)匀豢梢垣@得更加廉價充沛的算力支持。”

　　半個世紀(jì)以前的大型機(jī)和小型機(jī)時代，用戶少、應(yīng)用數(shù)目少；PC機(jī)時代，每年可以達(dá)到上億新增用戶，應(yīng)用數(shù)目達(dá)到十萬級別；智能手機(jī)時代和云手機(jī)時代，用戶數(shù)增長達(dá)到了十億級別，軟件達(dá)到了百萬級別。艾偉說，所有這些上層應(yīng)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(shù)據(jù)，而且今后華為還會持續(xù)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(fā)平臺

　　讓一個產(chǎn)業(yè)接受一個新的指令架構(gòu)，需要做很多底層工作。艾偉說，我們從操作系統(tǒng)到中間件，再到軟件開發(fā)工具，各個方面都逐步充實(shí)了ARM上基本的軟件平臺支持。從早期只有少數(shù)的幾十個應(yīng)用，到現(xiàn)在有2000多個應(yīng)用，而且應(yīng)用量呈現(xiàn)加速發(fā)展勢頭，這得益于我們具備了完整的軟件開發(fā)平臺和工具環(huán)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(guān)鍵的是在新的CPU上做出的創(chuàng)新功能和創(chuàng)新價值如何體現(xiàn)？

　　艾偉認(rèn)為，答案在5G網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)可以用更寬的帶寬、更低的時間實(shí)現(xiàn)對終端、對云計(jì)算、對數(shù)據(jù)中心的連接，而且5G網(wǎng)絡(luò)不只是一個簡單的通用計(jì)算，它會面向人工智能。

　　在4G網(wǎng)絡(luò)上，中國各個產(chǎn)業(yè)得到大發(fā)展，如移動互聯(lián)網(wǎng)、移動支付、共享經(jīng)濟(jì)、微信、短視頻等等。4G網(wǎng)絡(luò)的空口時延是10毫秒，從終端發(fā)起一個呼叫到返回到被呼叫終端的響應(yīng)時間是100毫秒，手機(jī)游戲的玩家可以清晰地看到時延數(shù)據(jù)，這個時延數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)中，帶寬和時延的性能改進(jìn)了10倍。艾偉說，5G網(wǎng)絡(luò)的時延降低到1毫秒，端到端的請求響應(yīng)時間降到10毫秒，這個時延超過了人體神經(jīng)的反應(yīng)，會給AR、VR應(yīng)用帶來新的體驗(yàn)。同時在智能終端上，在機(jī)器人的應(yīng)用上，會更廣泛。利用5G網(wǎng)絡(luò)，數(shù)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(yùn)算給出高價值的信息，優(yōu)化物理世界，這個世界會發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化。

　　為實(shí)現(xiàn)這樣的變化，華為提供了一個更加全面的、基于全ARM的開發(fā)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(jī)、基于ARM的PC，甚至于基于ARM的智能電視，都可以實(shí)現(xiàn)編程功能。”艾偉說，“我們可以實(shí)現(xiàn)隨時隨地的編程和創(chuàng)造，我們可以得到觸手可得的開發(fā)工具，讓靈感創(chuàng)造持續(xù)發(fā)揮出來。”而更重要的是，在掌握這些軟件技能后，應(yīng)用可以部署在終端、部署在邊緣計(jì)算、部署在數(shù)據(jù)中心的云計(jì)算，所有這些部署場景，都是機(jī)會。

　　艾偉說，我們相信在一個全ARM的開發(fā)環(huán)境，以及全ARM的應(yīng)用運(yùn)行部署環(huán)境上，軟件工程師會得到更高效率，以及更廣闊的職業(yè)發(fā)展前景。