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[資料中心]ARK 2021 Big Ideas

結論

接續上一篇[深度學習]ARK 2021 Big Ideas 談完深度學習的發展後,第二個產業為資料中心的改革,由於5G、藥物開發、邊際運算等技術的發展趨勢,現行的資料中心需要將成本花費在速度更快且效能更好的單位上,因此資料中心的改革將會是往後10年發展的重要產業。

料中心改革歷史

  • 90年代,英特爾使用x86架構打敗當時使用精簡指令集(Reduced Instruction Set Computing;RISC)的處理器,並以此取得PC市場的首要地位。
  

精簡指令集需要使用許多的小指令去達成目的,使得程式變得比較大,記憶體也占用比較多,這在硬碟價格昂貴,常常使用磁帶儲存的時代來說,是個很大的缺點。

  • 如今,過去常用於行動裝置上的ARM架構(ARM架構使用精簡指令集),由於技術上的突破,使得效能追上x86,進而開始反推英特爾的x86市場。此外,開源且模組化的RISC-V架構,也因為靈活的特性可以適應於不同計算邏輯,因此也逐漸建立低成本計算的標準。
  • 結合ARM與RSIC-V架構的產品,其市場份額預計能從2020年的0%,躍升至2030年的71%,相對的x86架構將會從今日的92%降低至27%。
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x86架構與ARM/RISC-V架構市場份額


英特爾凍結自己的時間

  • 全球資料中心的改革,能有天翻地覆的轉變,一部分需歸因在該領域的霸主Intel身上,10奈米片的進度止步4年之久,直到了2020年仍然沒有辦法順利的交貨,而在此時的臺積電早已開始生產5奈米晶片了,更是讓最大的競爭者AMD在2020年超越自己。
  • 這樣的進度,遠遠落後摩爾定律所預測的時間。
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Intel技術時間軸


ARM將成為PC開發者的主力

  • 至今,幾乎所有的開發者都在Intel x86的架構下執行系統開發,但Apple開始計劃在接下來兩年,將MACs從x86轉換到ARM架構下。
  • 同時間,微軟宣稱將自家Windows與ARM架構處理器進行結合。

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APPLE以ARM架構開發的自家M1晶片

  • 根據ark研究,2030年大多數的開發者都會使用以ARM架構打造的CPUs進行開發,擊敗Intel的x86架構
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ARM與x86往後十年市場份額變化



ARM在雲端服務建立新標準

  • 全球的公有雲(Public Cloud)服務,在2020年有1,400億的市場收益。
  • 最大公有雲服務就屬Amazon的AWS,而在2020年Amazon為了減少對於Intel跟AMD採購晶片的數量,自行開發了Graviton 2 ARM CPU,在成本與速度上都較過去採用的CPU-Intel Xeon優越,具體上每單位價格的效能都提高了48%。
  • 新開發的Graviton 2 有這樣的表現,未來Amazon勢必會讓更多的伺服器使用ARM架構的處理器。
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Intel Xeon與Graviton 2 ARM比較,由左至右分別為效能、每小時成本、每小時效能(單位:元)


ARM&RISC-V將建立處理器的新標準

  • 當PC以及伺服器使用ARM架構的數量達到更大的規模,具備了完整的生態系就能夠挑戰x86。
  • 在這樣的前提之下,採用ARM/RISC-V的伺服器收益,規模能從2020年的不到10億,成長100倍至2030年的1,000億,這樣的規模將會高於現今的x86市場的。
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x86, ARM/ROSC-V, Legacy未來十年收益份額(單位:百萬)



加速器取代CPU成為主要伺服器計算引擎

  • 加速器例如GPUs,TPUs,FPGAs,因應未來AI,藥物開發,串流遊戲的發展,將會產生更大的需求。
GPU: 圖形處理器Graphics Processing Unit,改良CPU的運算單位,與CPU相比,將控制與儲存單位比例降低,將空間大量交給運算單位。擅長運算重複且大量的數據時使用,例如密碼破解,大數據運算等。

TPU: 張量處理器Tensor Processing Unit,主要用於Google的深度機器學習方面訓練,最有名的使用案例是AlphaGo。

FPGA:場域可編程邏輯閘陣列Field Programmable Gate Array,透過不同的編輯指令,可以改變FPGA的硬體結構,從而對於專門問題執行專門運算。簡單來說是依照特定使用領域設計出一套特定的運算邏輯。
  • ARK認為在加速器處理單位之中,因為可編輯性以及軟體疊層(software stack)的特色,GPU在接下來的5年都會主導整個加速器市場。
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未來10年,伺服器內部零件成本結構


結論

  1. 在雲端計算的領域,相信ARM,RISC-V,GPUs能提升更好的處理器效能,預計以每年45%的成長率,2030年能帶來190億的收益。

  2. 未來運算多為重複且大量的資料,因此資料中心的成長決大部分會集中在GPUs,預計每年會有每年21%成長率,在2030年能帶來410億的收益。
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左圖:未來10年CPU的收益份額。   右圖:未來10年加速器的收益份額

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分類:理財

「那是最美好的時代,那是最糟糕的時代」科技與資金爆發成長的世代,無論是各項資訊都在瘋狂迭代,因此對於市場或產業進行研究成了保持競爭力的基本,這裡紀錄了研究的心得,每週一篇督促自己在這條路上不該懈怠

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