基于Arm架构服务器释放更高CPU利用率

作者：安谋科技 (Arm China) 高级业务发展经理 Donald Liu；安谋科技 (Arm China) 首席软件工程师 常瑞

在大型云服务提供商的数据中心中，CPU 利用率长期偏低，造成了大量资源闲置。根据 CAST AI 的分析，超过 1,000 个 CPU 的大型集群平均占用率仅约 17%[1]，不同云服务商之间略有差异，但这一数据仍具有一定代表性。同时这也意味着云计算仍有巨大的降本增效空间。

Arm Neoverse：

简洁高效架构，带来更高利用率

基于 Arm Neoverse 平台的服务器 CPU 以简洁高效的架构设计著称。在运行同样的工作负载时，相比工作在 SMT 模式下的 x86 服务器，能够提供平均高 20% 的 CPU 使用率，并且性能增长呈现线性且可预测的特性。这种架构优势不仅提升了资源利用率，还为云服务的稳定性和一致性提供了保障。

为什么 Arm 能做到更高效？

Arm 选择非 SMT (Simultaneous Multithreading) 设计，即一个物理核心只承载一个硬件线程。这意味着软件在运行时可以独享 CPU 流水线的所有执行单元、L1/L2 缓存及相关资源，避免了硬件资源竞争带来的性能波动。相比之下，x86 CPU 的 SMT 技术在高负载下，两个线程共享执行单元，性能提升往往变得非线性且不可预测。更多技术细节可参考《一文解谜 SMT 系统上 CPU 使用率的盲点》一文。

实践验证：

更高的安全水位*，更稳定的性能

* 安全水位表示在 SLA 可接受范围内的长期 CPU 利用率上限

阿里云智能集团在部署倚天服务器的过程中积累了丰富经验。在近期的公开演讲中，阿里云弹性计算高级架构师张先国提到：

Arm 平台通常有更低的功耗，这有赖于它精简指令集设计 (RISC)、更小的核心面积以及高效的中断处理机制。倚天平台的 L1/L2 尺寸相比同代 x86 更大，数据搬移更少，整体计算效率更高，对降低功耗也有极大帮助。

在倚天平台上，常规情况下 CPU 占用率可提升至 50%，而 x86 平台通常是 30%。在突发流量、离线数据处理等高负载场景下，Arm 平台的安全水位可达 70%，相比 x86 平台的 50%，提升到 1.4 倍。Arm 平台由于固定频率和物理核设计（非 SMT）仍能保持线性性能增幅，即使在高负载下也能为云计算用户带来一致性的体验。

能效优势：降低 TCO 的关键

传统 x86 平台保持低 CPU 使用率，部分原因在于历史设计理念，如应对突发流量、保障系统稳健性和节能等。而 Arm 通过高能效架构提供了另一种解决方案：

更低 TDP：同等性能下，基于 Arm 架构的 CPU 的 TDP 通常低于 x86。

固定频率 + 非 SMT 设计：为线性性能提升和可预测的 SLA (Service Level Agreement) 提供基础。即使在固定频率运行时，Arm 架构服务器在实际负载下也更难达到标称 TDP，这意味着能实现更高效的能耗表现。

总 结

Arm Neoverse 平台通过简洁高效的架构设计，实现更高的 CPU 利用率和线性性能扩展，帮助云服务商降低系统总体拥有成本 (TCO)，提升性能与能效，为未来云计算基础设施带来新的可能。