一個GPU總需要一個CPU，但CPU的選擇已經(jīng)不再單一，GPU的功能也不再“簡單”，曾經(jīng)穩(wěn)固的關(guān)系，不再是單純的合作。

四月份，英偉達發(fā)布了采用Arm架構(gòu)的首款數(shù)據(jù)中心CPU Grace引發(fā)廣泛關(guān)注。本月，外媒Tomshardware報道，像CPU一樣總需要一個CPU的谷歌自研視頻編解碼處理單元Argos VCU，預(yù)計可以替換3000-4000萬個英特爾CPU。

依賴CPU的GPU和VCU為什么會有替代CPU的勢頭?芯片巨頭與互聯(lián)網(wǎng)巨頭間的競合關(guān)系，是如何加深的?

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CPU市場的雙重變化

回答CPU與其它依賴CPU處理器關(guān)系變化之前，不妨先了解CPU市場本身的變化。在很長一段時間，由于CPU的性能已經(jīng)足夠滿足包括PC在內(nèi)的各種應(yīng)用需求，再加上內(nèi)存和帶寬成為CPU性能提升的瓶頸。CPU王者英特爾在提升CPU性能動力不足，以及先進制程工藝進展不如預(yù)期的情況下，連續(xù)多代CPU性能提升幅度不大，被稱作“擠牙膏”。

英特爾在領(lǐng)先位置緩慢前進的幾年間，AMD憑借Zen架構(gòu)的迅速迭代以及臺積電先進制造工藝的加持，性能迅速接近甚至超越英特爾酷睿和至強CPU的性能。“AMD Yes”表達了消費者對于AMD產(chǎn)品迅速提升的認可。

英特爾和AMD的x86 CPU是PC時代的標志，然而在性能提升陷入瓶頸，以及先進半導(dǎo)體制程提升難度越來越大的背景下，兩家最具代表性的CPU公司表現(xiàn)相差甚遠，并且開始在市場份額上有所體現(xiàn)。

依舊有領(lǐng)先優(yōu)勢的英特爾感受到了老對手帶來的競爭壓力，因此無論是產(chǎn)品性能提升還是市場策略都更加積極。然而，英特爾在服務(wù)器CPU市場除了要面臨同為x86陣營AMD的競爭，Arm陣營的公司也來勢洶洶。

Ampere董事長兼首席執(zhí)行官Renee James說：“我們知道未來將與過去不同，因為軟件環(huán)境變了，不再是關(guān)于PC和PC服務(wù)器的業(yè)務(wù)，而是圍繞云和云邊緣?，F(xiàn)在，需要另一種不同的微處理器。”

Ampere基于Arm Neoverse N1內(nèi)核，推出了80核的Altra CPU和128核Altra Max CPU，持續(xù)刷新服務(wù)器CPU核心數(shù)的紀錄，突出與x86 CPU相比更高的核數(shù)以及在云原生市場的優(yōu)勢。

同樣是強調(diào)差異化優(yōu)勢，英偉達的Grace主要是面向數(shù)據(jù)密集型HPC和AI應(yīng)用。英偉達首席執(zhí)行官黃仁勛稱基于Grace的系統(tǒng)與英偉達GPU緊密結(jié)合，性能將比目前最先進的NVIDIA DGX系統(tǒng)(在x86 CPU上運行)高出10倍。

無論是Ampere還是英偉達，其差異化高性能CPU的基礎(chǔ)都是Arm。而Arm也在今年三月推出了面向未來十年的新一代架構(gòu)Armv9，Arm希望將其架構(gòu)在智能終端的成功擴展到高性能計算市場，包括邊緣、云端及5G等?；贏rmv9架構(gòu)的Neoverse N2正是Arm向高性能市場拓展的關(guān)鍵產(chǎn)品。

整體看來，已經(jīng)在PC和服務(wù)器CPU市場大獲成功的x86陣營正開始一場激烈的競爭。此時，面向云計算、AI的Arm架構(gòu)CPU迅速發(fā)展，要在新興市場分一杯羹。未來，RISC-V CPU會以怎樣的方式參與到CPU市場的競爭，也讓人充滿期待。

異構(gòu)時代，定制CPU優(yōu)勢突顯

CPU市場發(fā)生雙重變化的一個關(guān)鍵因素是市場需求，在市場的驅(qū)動下，CPU的價值也更多體現(xiàn)在異構(gòu)系統(tǒng)中。英偉達在今年四月發(fā)布Grace CPU的時候，也同時將其數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品路線圖升級為GPU+CPU+DPU的三類芯片，逐年飛躍，一個架構(gòu)的策略。在這個新的策略中，GPU和DPU性能的充分發(fā)揮依舊需要有CPU強大的性能，也就是說，CPU計算和控制的基礎(chǔ)和核心作用沒有改變。

變的是新興應(yīng)用對于算力的大幅快速增長，異構(gòu)系統(tǒng)的性能是更重要的關(guān)注點。“目前市場上每年交付的3000萬臺數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中，有1/3用于運行軟件定義的數(shù)據(jù)中心堆棧，其負載的增長速度遠遠快于摩爾定律。除非我們找到加速的辦法，否則用于運行應(yīng)用的算力將會越來越少。”黃仁勛說，“新時代的計算機需要新的芯片、新的系統(tǒng)架構(gòu)、新的網(wǎng)絡(luò)、新的軟件和工具。”

這也是英偉達推出DPU，并且將DPU歸入其數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品路線圖的原因。“現(xiàn)代超大規(guī)模云技術(shù)推動數(shù)據(jù)中心從基礎(chǔ)上走向了新的架構(gòu), 利用一種專門針對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)軟件而設(shè)計的新型處理器, 來卸載和加速由虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全和其它云原生AI服務(wù)產(chǎn)生的巨大計算負荷。BlueField DPU正是為此而生。”黃仁勛此前表示。

異構(gòu)組合才能更好滿足未來市場的需求，這也已經(jīng)是業(yè)界共識，從英特爾擁有CPU+GPU+FPGA+AI加速器的完整芯片組合，到英偉達宣布收購Arm，再到AMD宣布收購賽靈思，芯片巨頭們都希望通過不同類型的芯片組合滿足云計算、AI等計算更加密集應(yīng)用的需求。

在這種變化中，CPU的選擇也會更加多樣。Computex 21上，黃仁勛在回答雷鋒網(wǎng)(公眾號：雷鋒網(wǎng))等提問時表示：“未來的世界非常多樣，當然也會有不同的CPU，包括x86架構(gòu)和Arm架構(gòu)，大型CPU和小型CPU，面向邊緣、數(shù)據(jù)中心、超算等CPU，我們的策略是在我們服務(wù)的市場，選擇最合適的CPU，我們會繼續(xù)支持x86 CPU。”

面向特定的市場，并非所有CPU都合適。因此在不同的市場需要不同的CPU，比如在筆記本電腦市場，英特爾的x86 CPU是不錯的選擇，在DGX系統(tǒng)中，AMD的CPU表現(xiàn)非常好。在5G基站中，基于Arm的Marvell CPU是一個理想選擇。在云計算市場，Ampere的CPU性能出色。英偉達的CPU為的是解決AI推薦系統(tǒng)和自然語言理解這樣大型AI模型的計算挑戰(zhàn)。

“我相信未來既需要通用CPU，也需要定制CPU。支持Arm和x86對我們來說都是很好的戰(zhàn)略。”黃仁勛表示。

CPU與GPU、VCU更加微妙的競合關(guān)系

既有自研的Arm CPU，也支持x86 CPU，讓英偉達與CPU巨頭間的競合關(guān)系中競爭的成分更高。在PC時代，芯片巨頭間的競爭，是CPU公司或者GPU公司之間的競爭，CPU與GPU公司以合作為主旋律。

邁入AI時代，英偉達憑借其GPU硬件加上通用的軟件，成為了AI芯片公司的代表，在AI市場成為了英特爾強大的競爭對手。面向市場空間巨大的云計算和5G市場，英偉達的GPU依舊離不開英特爾和AMD的CPU，但同時英偉達會更加注重Arm架構(gòu)CPU的開發(fā)，芯片巨頭間的競合關(guān)系進一步加深。

這種關(guān)系變化更明顯的轉(zhuǎn)變在芯片巨頭與互聯(lián)網(wǎng)巨頭之間。比如文章開頭提到的谷歌Argos VCU，多年來谷歌都使用英特爾CPU中的視頻編解碼引擎，但隨著視頻內(nèi)容越來越多，以及分辨率越來越高，谷歌需要性能更強但是功耗和成本更低的芯片。

定制的專用芯片性能往往會比通用芯片更強，通過自研核心功能加上集成第三方IP，能在規(guī)模應(yīng)用中實現(xiàn)優(yōu)勢。谷歌表示，與英特爾Skylake驅(qū)動的服務(wù)器系統(tǒng)相比，其基于VCU的設(shè)備在性能、TCO(總體擁有成本)、計算效率方面實現(xiàn)了7倍(H.264)和高達33倍(VP9)的提升。

除了VPU，谷歌也已經(jīng)通過自研的TPU減少了購買CPU和GPU。谷歌與芯片巨頭們的關(guān)系，不再單純是緊密的合作伙伴，在特定市場也成為了競爭對手。

對于這種轉(zhuǎn)變，英特爾公司副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理王銳此前對雷鋒網(wǎng)表示，“競爭對手可以在某一參數(shù)或者是在制程上縮短與我們的差距。但要打造整個架構(gòu)，在計算和AI的各個方面都要能夠趕超英特爾，不是那么容易的事情。”

這是芯片巨頭應(yīng)對技術(shù)、市場變化的自信和底氣，當然，芯片巨頭們也需要更多地考慮與自研芯片的互聯(lián)網(wǎng)巨頭們的關(guān)系。

不要忽略，無論是芯片巨頭們之間的競爭，還是芯片巨頭與互聯(lián)網(wǎng)巨頭們之間關(guān)系的變化，本質(zhì)上除了市場和應(yīng)用變化的驅(qū)動，還有成熟的芯片產(chǎn)業(yè)鏈，包括成熟的設(shè)計工具、IP、代工廠和封裝，很大程度降低了GPU公司設(shè)計CPU，以及互聯(lián)網(wǎng)巨頭設(shè)計定制芯片的門檻。

芯片行業(yè)的門檻還在進一步降低，這還會帶來怎樣的變化?

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