英伟达+Arm=超算功耗难题将破？

个人电脑图形芯片知名厂商英伟达与智能手机/平板电脑IP设计巨头Arm再度携手。日前，英伟达宣布，其芯片加速平台将兼容Arm处理器，共同开拓超级计算机市场。据了解，英伟达与Arm公司已是“老交情”。在此之前，两家公司在自动驾驶汽车、机器人、嵌入式芯片以及便携式游戏等诸多领域已有近十年的合作基础。目前，英伟达发布的超级计算机DGX SuperPOD位列全球最快超级计算机第22名，主要用于自动驾驶汽车AI训练。

英伟达携手Arm布局超算

国际超级计算大会ISC 2019落下帷幕。在此期间，芯片巨头公司英伟达推出了全球速度排名第22位的超级计算机DGX SuperPOD，其AI基础设施可满足自动驾驶车辆的算力要求。据英伟达官方披露，DGX SuperPOD的运算能力可以达到每秒9.4千万亿次浮点运算，主要工作为在自动驾驶车辆训练数据中收集可用于道路规则训练算法的内容。

在发布超级计算机DGX SuperPOD的同时，英伟达表示，其超级计算机的加速平台将在今年年底前与Arm处理器兼容。英伟达加速计算部门副总裁伊恩·巴克认为，Arm能够为超级计算提供开放架构是促成此次合作的原因之一。

一直以来，英伟达深耕电脑图形芯片，并在该市场具备强大优势。Arm则注重为手机芯片提供底层处理技术，受其技术授权，多家知名厂商用其架构制造芯片。此次两家联手，英伟达将于2019年底前，向Arm生态系统提供全堆栈的AI和高性能计算集群HPC软件。双方在深入合作后，英伟达将能为包括x86、POWER和Arm在内的所有主流CPU架构提供加速。

英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋表示，英伟达选择与Arm合作，其可加速计算的运算平台CUDA和Arm的高能效CPU架构相结合，将助力高性能计算集群HPC实现大幅提升，以达到百万兆级的算力。黄仁勋认为，未来超级计算机是促进科学发现的重要工具，建立百万兆级超级计算将能够极大地扩展人类知识的边界。随着传统计算规模扩展步伐的停止，功率也将成为所有超级计算机的限制因素。据了解，目前英伟达运算平台CUDA已用于英特尔、IBM等公司的处理器中，协助CPU完成大规模计算的加速任务。英伟达副总裁兼加速计算总经理Ian Buck表示，英伟达在融合Arm产品后，使用者可以完成大量的高性能计算集群HPC仿真和AI所需的繁重计算，并且Arm可以使用快速单线程来执行CPU。

Arm首席执行官Simon Segars表示，基于Arm的SoC正在完成前所未有的计算性能提升，实现百万兆级的算力。目前高性能计算集群HPC已经部署了Arm技术。“通过与英伟达合作，将CUDA加速引入Arm架构，这一举措对于HPC社区来说，可谓是一大重要里程碑。”Simon Segars说。

“Arm作为全球智能设备第一大主流芯片架构提供商，全球超过90%的智能设备采用了Arm的芯片架构。英伟达一直是Arm的客户。此次合作，是英伟达联合Arm这一生态合作伙伴，构筑自身在人工智能芯片等领域的生态系统、提高自身核心竞争力的重要的一步。”赛迪顾问人工智能产业研究中心分析师李振说。

Arm获得超算门票

与Arm合作，并不是英伟达在超级计算机上唯一的布局。早在今年年初，英伟达以69亿美元的价格收购以色列芯片制造商Mellanox，每股支付125美元现金。Mellanox主要生产高速网络芯片，可将小型计算机连接成大型计算机，一些功能最强大的超级计算机中也使用这种芯片。英伟达收购的因素之一，便是Mellanox可以在大型计算、网络和存储堆栈中优化大规模数据中心。专家称这一收购是英伟达持续整合芯片制造商的举措之一，因为超级计算机制造芯片商正是云服务时代下关键的一环。

英特尔也曾对Mellanox感兴趣，据传现金报价已达到以约60亿美元。作为芯片大厂，英特尔一直在服务器数据中心领域独占鳌头。然而，Arm从未放弃过英特尔垄断的市场。早在数年前，Arm就发誓，将在2021年拿下服务器领域25%的市场份额，随后AMD、高通、Marvell等重量级元老先后开始采用Arm架构，开发服务器CPU，但效果惨不忍睹。现今，AMD和Marvell相继退出;高通Falkor Arm服务器架构设计的灵魂人物Bhandarkar离职，团队解散。剩下的其他几家采用Arm架构的公司，在英特尔的围剿下苦苦支撑。在服务器数据中心的战场上，Arm进展缓慢，“25%的市场份额”——这一目标实现似乎颇具难度。

与英伟达在超级计算机市场的合作，为Arm提供了发展机遇。一直以来，Arm在终端设备的主流芯片架构领域极具份量。但是在超级计算机领域，与英特尔相比，Arm并没有很大的影响力。在多次进军服务器领域失利后，英伟达与Arm的此次合作，或将为Arm提供迈入超级计算机领域的门票。“毕竟，英伟达在超级计算机领域还具有一定的影响力，再加上Arm架构的开放性，势必将推动高性能计算产业的进步。”李振说。

英伟达有望实现超算最低功耗

一直以来，在数据中心市场上，英伟达及其产品扮演着重要角色，但其重心依旧围绕在游戏和图形领域的处理器。在此领域之外，英特尔和Arm的处理器非常具有代表性。在全球微处理器指令架构中，英特尔x86和Arm架构主宰了半壁江山。英特尔x86主要以PC、服务器等高算力市场为主，Arm则专注于手机、物联网等低功耗市场。

在PC领域，Arm再次跃跃欲试。2017年，高通、微软、惠普、华硕等多家厂商共同合作推出了基于Arm架构的Win10笔记本电脑。在此之前，由于Arm架构处理器难以兼容Windows应用，因此微软、惠普、华硕等笔记本厂商一直犹豫不决。高通的加入为Arm献上了“临门一脚”，高通Arm架构的骁龙芯片，目前可以搭载微软的完整版Windows，这在很大程度上解决了Arm架构芯片笔记本兼容Windows应用的问题。而此次英伟达与Arm的合作，目的在于“打造超级计算机”，而且是百万兆级AI超级计算机。

“多年来，英伟达一直在布局于高性能计算机产业，此次合作，英伟达将在高性能软件等多领域，支持英国半导体设计公司Arm设计的处理器。此次合作将为英伟达这一产业巨头，在超级计算机功率这一主要性能强化方面助力赋能。同时，这也是高性能计算产业的一次重大技术进步。”李振说。

对于超级计算机来说，目前面对的最大问题便是功耗，如何在支持强大的算力性能的同时，做到低功耗，是包括英特尔、IBM、英伟达等在内的众多企业考量的重要因素之一，而此次英伟达与Arm的合作，或将为行业带来一些突破。“对于Arm来说，英伟达是其重要下游客户。此次合作，将推动超级计算机在功耗方面向前迈进一大步。英伟达携手Arm推出的超级计算机产品，有望在功耗上完成了业内最节约的标准。”李振说。