Arm跨出35年的第一步：從IP到芯片，這家公司為什么改變？

來(lái)源：電子工程世界（EEWorld）作者：冀凱

舊金山梅森堡（Fort Mason），這個(gè)曾經(jīng)在內(nèi)戰(zhàn)時(shí)期作為海岸防御工事的設(shè)施，正在見(jiàn)證計(jì)算領(lǐng)域的一場(chǎng)攻堅(jiān)戰(zhàn)。

Arm CEO Rene Haas 站在臺(tái)上，宣布公司推出首款自主設(shè)計(jì)的量產(chǎn)數(shù)據(jù)中心 CPU —— Arm AGI CPU。關(guān)于 Arm 是否會(huì)“下場(chǎng)做芯片”的討論，過(guò)去幾年從未停止，而當(dāng)產(chǎn)品真正落地，這一問(wèn)題也從預(yù)期變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并再次引發(fā)業(yè)界討論。

這不僅是一顆芯片的誕生，更是 Arm 成立 35 年來(lái)最大的一次戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。過(guò)去三十年，Arm 是躲在蘋(píng)果、高通、亞馬遜背后的隱形巨人，只賣(mài)IP，不造芯片。而今天，Arm做了一件打破既有模式的里程碑。

受此消息影響，Arm股價(jià)上漲了18%。

當(dāng)開(kāi)始嘗試以更直接的方式參與計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建時(shí)，問(wèn)題隨之而來(lái)：在 x86 架構(gòu)長(zhǎng)期主導(dǎo)的數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，Arm 的機(jī)會(huì)究竟來(lái)自哪里？資本市場(chǎng)又為何愿意為這種變化定價(jià)？

Arm CEO Rene Haas

復(fù)雜性與成本

長(zhǎng)期以來(lái)，x86 架構(gòu)在服務(wù)器市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，很大程度建立在單核性能與多線程能力之上。但在云計(jì)算進(jìn)入吉瓦（Gigawatt）時(shí)代的今天，這種以性能為核心的路徑開(kāi)始面臨新的約束。

Arm 云AI事業(yè)部執(zhí)行副總裁 Mohamed Awad表示，性能、擴(kuò)展與能效是Arm AGI CPU的關(guān)鍵，而對(duì)于x86，其認(rèn)為，“在部分場(chǎng)景中，x86 的復(fù)雜性正在轉(zhuǎn)化為成本。”

“x86背負(fù)著執(zhí)行開(kāi)銷(xiāo)與對(duì)老舊功能的兼容負(fù)擔(dān)，它們選擇聚焦于模塊化、適配眾多不同市場(chǎng)與小眾場(chǎng)景。而我們則更加專(zhuān)注于提升能效、降低延遲，且不受過(guò)去的束縛，不受歷史包袱的牽絆。”Awad說(shuō)道，“我們不兼容 Lotus Notes 這類(lèi)老舊系統(tǒng)，只聚焦數(shù)據(jù)中心 AGI 場(chǎng)景的核心需求：性能、擴(kuò)展與能效。”

在性能方面：性能的核心就是在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成更多運(yùn)算。每時(shí)鐘周期指令數(shù)（IPC）一直是 Arm 的強(qiáng)項(xiàng)。而傳統(tǒng) CPU，有時(shí)會(huì)通過(guò)提升主頻、開(kāi)啟超頻模式來(lái)在這一維度上競(jìng)爭(zhēng)。但現(xiàn)實(shí)是：主頻提升，功耗也會(huì)隨之飆升。超頻模式無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，也無(wú)法在整顆芯片上全局生效。

在可擴(kuò)展性方面，Arm的CPU核心可實(shí)現(xiàn)線性擴(kuò)展，內(nèi)存與 I/O 子系統(tǒng)也專(zhuān)為匹配這些核心設(shè)計(jì)，持續(xù)為其供給算力，每個(gè)核心獨(dú)享 6GB/s 的內(nèi)存帶寬。

Awad提到，x86需要通過(guò)多線程（SMT）來(lái)解決擴(kuò)展問(wèn)題，但是I/O與帶寬并不會(huì)翻倍，“只是把瓶頸轉(zhuǎn)移到了其他環(huán)節(jié)，而且CPU 還需要額外負(fù)擔(dān)線程調(diào)度的開(kāi)銷(xiāo)，最終導(dǎo)致性能下降、進(jìn)程資源不足。”

他表示，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商為應(yīng)對(duì)非線性擴(kuò)展問(wèn)題，不得不將數(shù)據(jù)中心資源超額部署 30% 甚至更多。“而我們的架構(gòu)無(wú)需如此。”

在能效方面，Arm則是從手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代就構(gòu)建起了廣泛的認(rèn)可。

如圖所示，Awad在現(xiàn)場(chǎng)cue到了Arm與x86的對(duì)比，從性能、可擴(kuò)展性以及功耗三方面來(lái)看，均超過(guò)了x86，值得一提的是在性能評(píng)測(cè)中，打開(kāi)多線程反而性能下降。

Awad將這一設(shè)計(jì)思路總結(jié)為對(duì)資源利用率的極致壓縮。

從短板到可用的軟件生態(tài)

如果將時(shí)間撥回五年前，Arm 在數(shù)據(jù)中心的最大障礙并非硬件，而是軟件生態(tài)。

Awad也承認(rèn)，當(dāng)時(shí) Arm 與 x86 在軟件成熟度上存在明顯差距。但過(guò)去幾年，隨著主流云廠商與開(kāi)源社區(qū)的持續(xù)投入，這一差距正在縮小。

“事實(shí)上，放眼全球 AI 應(yīng)用場(chǎng)景，絕大多數(shù) AI 部署均以 Arm CPU 作為核心架構(gòu)，諸多 AI 核心軟件更是率先基于 Arm 架構(gòu)開(kāi)發(fā)。基于此，我們對(duì) Arm 在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域承載各類(lèi)現(xiàn)代工作負(fù)載的軟件生態(tài)布局充滿信心。”Awad說(shuō)道。

Arm Neoverse軟件生態(tài)系統(tǒng)

Meta軟件工程師Paul Saab分享其團(tuán)隊(duì)與 Arm 長(zhǎng)達(dá)十余年的合作歷程。早在 2014—2015 年，團(tuán)隊(duì)便已試水 Arm 架構(gòu)，后因市場(chǎng)環(huán)境變化暫時(shí)擱置。2020年后，Saab憑借對(duì)技術(shù)趨勢(shì)的判斷，在未正式獲批的情況下?tīng)款^重啟項(xiàng)目，5 名工程師僅用 90 天便完成Arm系統(tǒng)移植。

面對(duì)初期芯片供給匱乏、生態(tài)不完善等難題，團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻堅(jiān)，歷時(shí)兩年半打造出具備商用價(jià)值的方案，目前相關(guān)負(fù)載在 Arm 平臺(tái)上已實(shí)現(xiàn)與主流方案相當(dāng)?shù)男阅埽颐客吣苄Т蠓I(lǐng)先。Saab以自己經(jīng)歷表示，如今在大模型技術(shù)加持下，遷移 Arm 的門(mén)檻已近乎為零，建議企業(yè)盡快布局。

智能體AI時(shí)代需要CPU

智能體AI（Agent AI）的爆發(fā)，正在讓CPU回到舞臺(tái)中央。

在 AI 算力的討論中，GPU 往往是主角。但 Mohamed Awad 指出，在智能體AI 時(shí)代，這種觀念必須更新：“GPU 負(fù)責(zé)生成Token，而 CPU 負(fù)責(zé)分發(fā)Token。”

AI 系統(tǒng)正日益以全球規(guī)模持續(xù)運(yùn)行。在過(guò)去，人是計(jì)算環(huán)節(jié)的瓶頸——人們與系統(tǒng)的交互速度決定了工作推進(jìn)的速度。早期的AI基礎(chǔ)設(shè)施圍繞持續(xù)、高強(qiáng)度的工作負(fù)載構(gòu)建，包括大規(guī)模模型訓(xùn)練和高吞吐推理。在這樣的環(huán)境下，加速器自然而然地占據(jù)核心地位。但如今，這種模式已無(wú)法反映現(xiàn)實(shí)——在智能體 AI 時(shí)代，因?yàn)檐浖悄荏w可自主協(xié)同任務(wù)、與多個(gè)模型交互，并實(shí)時(shí)做出決策，這種局限性將不復(fù)存在。

隨著現(xiàn)代 AI 應(yīng)用在企業(yè)平臺(tái)與面向用戶的產(chǎn)品中不斷普及，其正日益轉(zhuǎn)向基于智能體打造。這類(lèi)系統(tǒng)具備持續(xù)運(yùn)行能力，可完成規(guī)劃、推理、信息檢索與行動(dòng)協(xié)同，并與用戶及各類(lèi)服務(wù)保持交互，在交互過(guò)程中持續(xù)實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)。

AI系統(tǒng)不僅運(yùn)行模型，還需要在數(shù)據(jù)庫(kù)、Web 服務(wù)和應(yīng)用層之間實(shí)時(shí)編排工作流并處理數(shù)據(jù)。智能體不用休眠，它們會(huì)持續(xù)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度、上下文檢索、內(nèi)存管理和行動(dòng)協(xié)調(diào)。

也正因此，我們可以看到Arm架構(gòu)CPU這些年的快速成長(zhǎng)：亞馬遜云科技的第五代 Graviton 處理器的核心數(shù)是 Graviton4 的兩倍，達(dá)到 192 個(gè)核；Arm Neoverse CPU 的部署核心總數(shù)已超過(guò) 10 億；Arm 在頭部超大規(guī)模云服務(wù)提供商中的份額預(yù)計(jì)將接近 50%。

CPU也要滿足Token經(jīng)濟(jì)學(xué)

AI時(shí)代，數(shù)據(jù)中心正在變成“吞電獸”，根據(jù)國(guó)際能源署的統(tǒng)計(jì)，2024年全球數(shù)據(jù)中心電力消耗約415太瓦時(shí)（TWh），占全球電力消耗的1.5%左右。預(yù)計(jì)到2030年，數(shù)據(jù)中心電力需求將增長(zhǎng)至約945太瓦時(shí)，占全球電力總量的近3%。

能耗正在變成AI數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵，根據(jù)Arm估算結(jié)果，每GW的數(shù)據(jù)中心建設(shè)，若從 x86 切換至 Arm 架構(gòu)，資本支出 (CAPEX) 節(jié)省高達(dá) 100 億美元。

對(duì)投資者而言，AI影響本質(zhì)上是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，而非純技術(shù)問(wèn)題。在電力約束這一框架下，CPU與加速器的協(xié)同效率變得關(guān)鍵。如果調(diào)度能力不足，即便擁有高性能GPU，其利用率也可能受到限制。

Arm的邏輯在于，通過(guò)更高能效與可擴(kuò)展性的CPU設(shè)計(jì)，提高整體系統(tǒng)的“每機(jī)架產(chǎn)出”。這一思路并非替代加速器，而是試圖提升其利用率，從而在系統(tǒng)層面改善經(jīng)濟(jì)性。事實(shí)上，如果沒(méi)有足夠的 CPU 來(lái)高效地編排工作負(fù)載，昂貴的 AI 加速器可能會(huì)處于閑置或低利用狀態(tài)。

商業(yè)邏輯的重構(gòu)

Arm 選擇在此時(shí)下場(chǎng)做芯片，也不可避免引發(fā)外界質(zhì)疑，畢竟這種既是客戶又是競(jìng)爭(zhēng)者的關(guān)系，在商業(yè)領(lǐng)域并不常見(jiàn)。

因此外界最直接的疑問(wèn)在于：Arm 是否會(huì)因?yàn)樽匝行酒鴽_擊既有客戶關(guān)系？在問(wèn)答環(huán)節(jié)中，Rene Haas 給出了回應(yīng)。他將 Arm 當(dāng)前的商業(yè)模式拆分為三個(gè)層次：一是傳統(tǒng)的 IP 授權(quán)，仍然是高利潤(rùn)的基礎(chǔ)盤(pán)；二是 CSS（計(jì)算子系統(tǒng)），為客戶提供更高集成度的半定制方案；三是最新推出的量產(chǎn)芯片，即 Arm AGI CPU。

這種分層，本質(zhì)上不是取代，更多是補(bǔ)位。

畢竟除了幾家大型互聯(lián)網(wǎng)廠商，還有更多廠商沒(méi)有制造芯片的能力，同時(shí)，一些第三方Arm服務(wù)器芯片供應(yīng)商發(fā)展相對(duì)緩慢，所以在Agent AI時(shí)代，Arm需要以更直接的方式參與其中。

Awad補(bǔ)充道，在數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景中，系統(tǒng)復(fù)雜度正在持續(xù)上升——從存儲(chǔ)卸載、網(wǎng)絡(luò)卸載，到頭節(jié)點(diǎn)調(diào)度與數(shù)據(jù)分發(fā)，對(duì)不同類(lèi)型算力的需求高度分化。即便是大型云廠商，也很難覆蓋所有環(huán)節(jié)的自研。一個(gè)常被提及的例子是 Google：盡管其自研了 TPU，但依然大量采購(gòu) NVIDIA 的 GPU。自研與外采，從來(lái)不是替代關(guān)系，而是并行存在。

在這樣的結(jié)構(gòu)性缺口下，Arm試圖提供一種更靈活的供給方式。正如 Mohamed Awad 所強(qiáng)調(diào)的，客戶可以基于同一技術(shù)體系，在 IP、CSS 與整芯片之間做選擇，這也使Arm能夠參與更多價(jià)值環(huán)節(jié)。這也為其提出更高的增長(zhǎng)目標(biāo)提供了基礎(chǔ)——從版稅模式向部分整機(jī)價(jià)值轉(zhuǎn)移。

正是這種全方位的參與，也讓Arm提出了一個(gè)雄心勃勃的收入指引。Arm預(yù)計(jì)AGI CPU將在五年內(nèi)產(chǎn)生約150億美元的年收入，2031年公司營(yíng)收將達(dá)到250億美元，每股年收益達(dá)到9美元。

一次仍在進(jìn)行中的轉(zhuǎn)型

發(fā)布會(huì)上，Arm同時(shí)披露了后續(xù)產(chǎn)品路線與合作伙伴計(jì)劃，包括云廠商、AI公司以及OEM廠商的參與，同時(shí)也有包括Meta在內(nèi)的數(shù)家廠商成為Arm AGI CPU的首批客戶。

當(dāng) Rene Haas 在 Fort Mason 宣布這款芯片時(shí)，更像是在確認(rèn)一件事：Arm 不再滿足于僅作為架構(gòu)提供者存在。

我很喜歡Haas在開(kāi)場(chǎng)白時(shí)的說(shuō)法“我們認(rèn)為 “Arm 無(wú)處不在” 這一主題格外貼切今天的會(huì)議。這也是我們深感自豪的一點(diǎn)——雖然在 Arm 的日常工作中未必時(shí)時(shí)想起，但其影響力卻真實(shí)而深遠(yuǎn)，那就是我們的規(guī)模與體量。”Haas開(kāi)場(chǎng)時(shí)說(shuō)道，“全球擁有超過(guò) 2200 萬(wàn)軟件開(kāi)發(fā)者，他們既深耕垂直領(lǐng)域，又能跨生態(tài)共享技術(shù)，這正是 Arm 獨(dú)一無(wú)二的魔力。全球沒(méi)有任何一家企業(yè)，能像 Arm 生態(tài)這樣實(shí)現(xiàn)從邊緣到云端的全覆蓋。”

在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，Intel 與 AMD 所代表的 x86 體系依然穩(wěn)固，其生態(tài)與性能優(yōu)勢(shì)短期內(nèi)難以動(dòng)搖。但隨著工作負(fù)載結(jié)構(gòu)的變化，一些新的切入點(diǎn)正在出現(xiàn)。

事實(shí)上，x86 的圍墻依然厚重，但 Arm 已經(jīng)開(kāi)始拆掉其中的幾塊磚，正如它在其他行業(yè)開(kāi)始時(shí)所做的一樣。