随着大数据和云计算的发展，传统的计算模式并不能很好地处理由此带来的应用负载，服务器的性能、功耗和空间等受到了很大的挑战。CPU+FPGA等 异构计算正成为行业重要的发展趋势。我们也看到，近来各芯片巨头在服务器市场的合纵连横，动作频频，对中国市场更是视若珍宝。未来在服务器市场各厂商的较 量将不可避免，但大家的方向又是如此一致，高性能、低功耗、省空间的服务器才能满足日益增长的大数据、云计算等新应用领域的需求。

三大阵营在服务器领域的动向

英特尔方面：

2014年6月，英特尔宣布将业界领先的Xeon处理器和FPGA封装到一个单一结构中，其插槽和标准的Xeon E5处理器兼容。FPGA将能为英特尔的客户提供一个更强大的算法执行能力和更高的性能，能给基于服务器的应用带来20倍以上的加速。

2015年11月，英特尔表示首款同时采用Intel Xeon处理器和Altera FPGA的芯片将于2016年第一季度发布。之前FPGA没有被广泛应用于海量级数据中心的服务器。英特尔预计，截止2020年FPGA将会在30%的数据中心服务器中得以应用。

2016年1月21日，清华大学、英特尔公司和澜起科技(上海)有限公司在北京正式签署协议，宣布联手研发融合可重构计算和英特尔x86架构技术的新型通用CPU，以满足市场和用户需求。

IBM方面：

2013年10月宣布成立全球OpenPOWER基金会，致力于企业服务器生态系统的开放式创新。基金会发起成员仅有5家公司，包括IBM、谷歌 等，而到现在为止已经有超过150个成员，其中20个成员在中国。基于Power处理器的强大性能，谷歌在2016年将会采用Power处理器进行其主板 的规格定义，运行Linux所有的应用程序。

2015年7月，OpenPOWER基金会宣布正式推出全新硬件加速ISV支持计划，为本地ISV(独立软件开发商)免费提供基于RedPOWER服务器以及赛灵思FPGA的云端开发及测试环境，帮助ISV提升大数据、云计算等新兴技术研发能力。

9月16日成立第二代分布式计算联盟，构建了由处理器技术厂商、服务器厂商、应用加速器厂商、ISV和行业用户等组成的生态链，以推动以应用加速器 技术为重要特征的新一代计算模式的技术和应用的发展。2015年底，IBM与OpenHW开源硬件社区、Xilinx公司联合启动了首届IBM- Xilinx异构计算大赛，共同推动第二代分布式计算的落地应用。

ARM阵营及高通：

ARM作为服务器领域的后来者，一直很努力地证明自己。例如巴塞罗那超级计算中心采用ARM架构服务器，就是ARM在服务器方面很好的例证。ARM 还与美国的一些机构做有关超级计算的事情。全球知名的提供云服务的厂商和服务供应商都在使用ARM技术相关的一些服务器技术。ARM的众多芯片合作伙伴包 括海思、博通、Cavium、AppliedMicro以及系统商GIGABYTE、HP等。

2015年10月，最近高通宣布正将一个基于新的系统芯片开发平台送交顶级服务器制造商试用，从此正式进入服务器市场。这是高通与赛灵思、Mellanox公司合作做出了一款24核心的ARM服务器芯片。

2016年1月，AMD正式推出首款基于ARM架构的处理器Opteron A1100。

2016年1月17日，贵州省政府和高通签署战略合作协议，高通将与贵州合作研发ARM架构服务器芯片。

应对服务器的挑战，不能没有FPGA

“云计算和大数据带来了很多新型负载，如分布式数据库、键值存储、视频图像处理、认知计算、机器学习、基因计算等应用。传统的计算模式无法以较低功耗满足这些应用对于服务器吞吐量和时延的要求。” IBM大中华区科技战略合作总经理姜锡岫表示。

IBM大中华区科技战略合作总经理姜锡岫

Intel可编程解决方案事业部数据中心架构师Mike Strickland 认为计算和存储领域出现了新的发展趋势，需要一个全新模型来优化效率、成本以及功耗。CPU无法独自处理所有工作负载，而GPU功耗太大。FPGA可以应 对的趋势包括：在业务中经济地支持云计算和虚拟化(同时包括服务器和存储)。

另外一个动向则是，在云计算中采用分布式存储和高速缓存，并通过融合降低功耗和提高密度。我们的客户极为关心闪存技术在随机访问条件下提供的引人注 目的单位成本每秒I/O操作次数 (IOPS/$)，以及它的低功耗特性。而且在存储市场上也可以提供采用闪存技术的高速缓存和DIMM。 借助FPGA，您还可以提供中间存储技术，也能够推动新的云架构。这方面的一个例子是，Intel为Grantley提供了35个定制Xeons。

我们还非常看好软件定义数据中心(SDDC)，可以将资源(计算、网络、存储)池化，并自动进行配置和监控。Intel Xeon + FPGA多芯片封装(MCP) & 微软必应支持FPGA等公开发布都是这方面的实例。

芯片厂商力推CPU+FPGA异构计算

的确，服务器芯片厂商都在采用CPU+FPGA的模式提升性能，这将是一个发展趋势。

针对这种CPU+FPGA体系结构，Mike Strickland对国际电子商情记者表示，当前我们还无法对芯片做过多的评论，但是总体上看优点包括：同时拥有PCIe和QPI接口使得带宽更大，延 时更低;QPI更容易实现OpenCL编程模型;而其封装与普通的Xeon CPU插槽兼容因此易于部署实现。FPGA加速对数据中心的贡献主要集中在三个方面：

算法加速：仿真、CNN、识别、图像处理、重建包括：并行/流水线处理、位操作、匹配;灵活的数据通路和存储器访问，逻辑恰好满足需求，硬核浮点;我们以最低功耗实现了最佳性能。

网络加速：虚拟化、过滤/分析、压缩、兼容、DPI

数据访问加速：过滤/分析、压缩、加密、闪存高速缓存管理;O/S旁路

人们会非常关注业界领先的芯片制造商(Intel)采用一流的FPGA技术——我们的优势包括：率先进入下一工艺尺寸节点，通过CPU与FPGA更 紧密的集成而实现更好的性能和更低的功耗。基于Intel 14nm工艺的Intel FPGA也增强了云计算能力，比如硬核浮点提高云中图像搜索等。而从FPGA创新的角度看，与以前的FPGA系列相比，采用Intel 14nm工艺开发的Stratix 10 FPGA的Hyperflex新体系结构，时钟速率提高了近2倍，而且功耗更低。

IBM也与领先的FPGA企业Xilinx合作，利用IBM POWER和OpenPOWER处理器优异的性能和先进的CAPI(Coherent Accelerator Processor Interface，一致性处理器加速器接口)技术，积极化解云计算大数据应用给服务器带来的挑战。

姜锡岫表示，利用OpenPOWER处理器先进的CAPI技术，FPGA能实现与处理器的高效连接，从而充分利用FPGA可编程硬件强大的硬件加速能力，实现软硬结合的异构计算，大幅提高对数据应用的处理性能：根据应用的不同可以实现十倍甚至百倍的性能增速。

由于FPGA的低功耗特性(与CPU相比)，这种解决方案能够大幅降低整体系统的功耗，减少服务器数量及其占用的数据中心宝贵空间。

CPU+FPGA方案降低了系统功耗，大幅提升了应用性能，使得云计算和大数据等新型应用负载的高吞吐量和低延时需求得到了满足，从而极大促进了相关应用的发展。

IBM的POWER处理器和OpenPOWER处理器通过高效的CAPI接口将FPGA与CPU连接起来。这种解决方案有几个明显的好处：

首先是这个方案目前就可以用。CAPI+FPGA的方案现在就是Ready的，也不需要用户对现有的服务器、处理器做任何调整，将FPGA板卡插到通用的PCIe插槽上即可使用。降低了用户部署的成本和时间。

由于CAPI先进的技术特性，CAPI+FPGA方案很好地解决了对处理器内编程地址空间寻址的问题，降低了编程难度。

通过POWER和OpenPOWER处理器的CAPI接口与FPGA连接，扩展FPGA卡的数量(PCIe)取决于用户的需求，这样比较灵活，比将接口嵌入进CPU的方案具有更大的灵活性。

云计算等新应用正改变服务器市场

数据显示，到2018年时，云计算将占服务器市场的40%，与2013年比增长110%;到2020年时，云计算有机会达到150亿美元的规模。

高通的数据中心事业部高级副总裁Anand Chandrasekher表示，“服务器行业正在发生各种我从未见过的变化，其根本原因是云计算。云计算在不断增长，是一个全球性的现象，在所有的工作 负载领域都是这样。服务器市场业务正在经历一次海啸，是新玩家进入该市场的好时机。如果能拿出一个低功耗解决方案，会非常有吸引力。”

姜锡岫认为服务器市场正经历着巨大的变革，未来服务器市场的增长需求很大一部分来自云计算、移动互联网、大数据等新型应用，这些应用的爆发式增长不 但给服务器和数据中心技术带来了新的挑战，也给相关企业抓住历史机遇弯道超车提供了舞台。以CPU+FPGA等异构计算为主要特征的第二代分布式计算正在 成为行业的重要发展趋势，能够抓住计算技术变革的历史机遇将有机会在新一轮的信息革命大潮中争得先机。

我们知道2015底英特尔完成167亿美元收购Altera，Altera将作为英特尔的新业务部门即可编程解决方案事业部进行运营。开发规划包括 集成解决方案和分立FPGA等。被Intel收购后，Altera不会再与ARM在服务器市场上展开合作，是这样吗?Mike Strickland 表示，Intel计划支持和开发Altera基于ARM的产品线，目标是提供更优的体系结构解决方案，以更好的满足客户的需求。

Mike Strickland还表示，我们的策略是继续与微软的必应和Azure团队以及其他的全球搜索和网络提供商合作，他们需要大规模数据中心，通过基于FPGA的服务器降低成本，卸载CPU，充分发挥虚拟化以及转向SDDC方法的优势。

服务器芯片巨头一致看好中国市场。预计到2020年服务器芯片市场的规模将达到150亿美元，其中有60亿美元来自中国市场，中国也成为全世界数据中心技术的第二大市场，同时也是这个领域增长最快的一个市场。

由云计算和大数据带来的市场机会使得服务器市场的竞争格局发生着微妙变化。无论是X86架构，还是POWER架构以及ARM架构，都在各自的生态圈 中力拓服务器市场。IBM凭借高性能的POWER以开放的心态集结更多的合作伙伴，以低功耗占优的ARM架构以及生态圈伙伴也奋起直追。他们无不挑战该市 场的绝对霸主英特尔的地位，尽管影响力还不足够，但大家都看准了移动互联、云计算等带来的有可能改写服务器格局的契机。而英特尔近来的收购或者合作之举也 无疑在巩固其优势地位。随着三大阵营以CPU+FPGA等异构计算为主，更紧密地与业界合作，未来服务器领域尤其是中国市场的竞争将更趋激烈。