到底什么是云原生处理器？

“云原生”一词很常见，一开始，最常见的词组是“云原生架构”，后来很多技术类别前面都加上了“云原生”一词，比如，云原生存储、云原生数据库、云原生网络……

“云原生”没有清晰的定义，但有非常明显的特征：它指诞生自公有云或者在公有云上发扬光大的一类技术和实践。

云原生处理器是这几年才有的叫法，最开始我误以为是跟容器云原生有关。其实，云原生处理器的概念是由Ampere首次提出，在2020年3月份发布全球第一款云原生处理器Ampere Altra时。

Ampere 80核的Ampere Alta和128核的Ampere Alta Max也能实现显著的降本增效。在基于Ampere Altra腾讯云SR1实例上，对NGINX、Redis、MySQL三种Web应用程序中的关键工作负载进行测试，所展现的性价比与基于x86架构的S6云实例对比有平均50%以上的提升（数据来源）。

Ampere更清楚地展示了多核心的优势，随工作负载的实例数量（即运行的线程数）增长性能也表现出了近乎线性的增长，主频可以达到3.0GHz以上，而x86在运行的实例数量（即运行的线程数）增长到一定程度后，再增加核数的提升则非常有限。

这是Ampere Computing产品市场总监孙开本在2022 OCP China上分享的一张图，测试运行的是Encoding编码工作负载，横坐标是并发的编码任务数，代表的是使用的线程数，纵坐标是性能数据。随着任务数的增加，性能增长的趋势有比较大的区别。

另外一张图展示的是Ampere Altra Max的性能可预测性，也可以说是性能的稳定性。

上图测试跑的是Redis工作负载，在运行Redis负载的同时，定期间隔性地插入其他工作负载，随着负载的加入和完成，观察主工作负载的性能变化。如图所示，Ampere Altra Max的上运行的Redis性能几乎没有变化，而x86的性能抖动则非常明显。

孙开本在演讲中表示，主要原因有两点，一个是单核单线程的设计，另一个得益于优秀的功耗控制。

SPEC测试：Ampere处理器实际功耗低于TDP，从而能使主频稳定

大致原理上，单核单线程的设计减少了核心之间的相互干扰，既有助于性能稳定，也有助于让性能随着核数的增长而增长。同时，在功耗控制方面的优势，Ampere 不仅能让所有运行的内核保持一致的最大主频，从而提升稳定性，而且还使得堆更多核心成为可能。

功耗是芯片设计的重要考量因素，Ampere处理器主频相对较低，波动范围也很小，方便控制功耗，为了性能稳定，甚至能保持在一定的主频保持不动，不用担心撞到功耗墙而降频造成性能抖动。

当然，x86也可以关掉超线程技术，把频率锁在较低的水平，以此来提供更稳定的性能表现。虽然此时x86的单核性能更强，但由于核数太少，整体性能表现还未可知，况且，这种做法无异于自废多年修炼来的武功，目前想这么用x86处理器的用户应该只能是少数。而且对于云服务提供商来说，关掉超线程就意味着同一平台可售卖的核数减半，经济效益将大打折扣，很不划算。

总之，单核提供单线程加上功耗优势，Ampere就有了更稳定的性能表现，更线性的性能增长表现，而这，正是公有云厂商所需要的：

一方面，公有云希望用创新技术来降本增效。

Ampere的核数优势使得云数据中心的计算密度大大提升，节省数据中心的空间成本。同时，能用单台设备能提供更多实例，服务于更多用户。最终，降本增效的成果最后也会让用户受益。目前，通过使用基于Ampere Altra的云实例（阿里云c6r），国内可观测解决方案提供商观测云也实现了40%的性价比提升。

另一方面，公有云希望给用户提供更好的使用体验。

很多用户担心“嘈杂邻居”问题影响性能表现，而Ampere方案的性能是能在所有时刻保持一个稳定的表现，让云服务商提供始终如一的稳定服务，避免性能抖动影响业务。

以上，就是我看到的云厂商为什么会选择Arm服务器的主要原因。

OCP China Day 2022活动主题就有“绿色”这一关键词，数据中心作为全球用电大户，在绿色低碳方面的工作也非常重要，Arm在低功耗方面的优势也有助于数据中心实现低碳目标，这也会是数据中心采用Arm服务器的一大推动因素。

如今，Arm的应用生态取得了许多进展。

目前，Ampere的第三方处理器被Oracle、谷歌云、腾讯云、微软Azure、阿里云等各大公有云厂商所采用。这些头部厂商的带动不仅将加速生态的发展，也让Arm服务器CPU的市场份额出现快速的增长。根据研究公司Omdia的数据显示，今年第二季度全球服务器出货量为 340 万台，其中Arm架构达到了创纪录的 7.1%，份额同比增长了 48%。

此外，浪潮、超微、HPE、纬颖、技嘉等服务器厂商也都推出了服务器硬件，既服务于超大规模数据中心市场，也能服务于企业用户。

Ampere官网上列举了Ampere支持的六大类场景，包括：各种常见的机器学习框架，支持Arm的老本行（云手机、IoT、自动驾驶）、大数据分析工作负载、云原生应用负载、云存储和Web服务。

其中，云存储部分的相对较少，目前只显示了Ceph。而云原生应用负载部分则非常丰富，官网上列举了很多，在DockerHub上能看到4943个镜像，数量上大约是x86的三分之一，目之所及的各种常用镜像都有了。

今年五月份，Ampere公布了下一代处理器AmpereOne的规划，将采用5nm制程工艺，支持PCIe 5.0和DDR5，将采用定制的内核，从而有更多灵活的设计空间。Ampere还表示，未来将保持每年一代产品的更新节奏。

前不久HPE发布的ProLiant RL300就是单路服务器，但在OCP China Day 2022活动现场，Ampere的展台上放置了两台服务器全都是双路服务器，双路至少可以提供160核。

一台是浪潮采用Ampere处理器的双路服务器NF5080R6（“R”大概就是Arm的意思）。另一台则是开源的Mt.Jade服务器，它是由Ampere贡献给OCP的开源服务器，任何人都可以下载设计图纸进行制造和使用。

有专家表示，这是中国用户的采购习惯所致，未来可能会有所改观。

审核编辑 ：李倩