从智能计算到数智存储，Arm赋能存储行业新生态

虽然自去年以来存储行业的下行行情尤为严重，直到2023年Q1整体的存储行情仍未止跌，但是存储在数据中心领域的却在持续增长，这或与全球数据中心需求的持续高涨紧密相关。当前,数据中心行业存在的最大问题是，日益增长的需求与高耗能之间的矛盾，CPU利用效率低造成了社会资源的巨大浪费。CH3esmc

国家能源局预计，到2025年数据中心用电量将突破4,000亿千瓦时，占全社会用电量4.1%，数据中心CPU的低效率运行更加重了用能负担。因此，降能耗成为该行业关注的重点。从CPU架构层面来看，Arm架构采用RISC流水线指令集，能更大程度为数据中心节能减耗。CH3esmc

近年来，Arm在数据中心的市场份额也增加的趋势。市调机构Omdia数据显示，到2022年第二季度，Arm在数据中心的市场份额上升到7.1%，该数字高于2019年1%以内、2020年的2.2%，以及2021年底的5.4%。虽然目前Arm在数据中心的市场份额占比还相对较小，但该架构在数据中心的增长趋势明显，且预计将会继续下去。CH3esmc

实际上，Arm架构不仅是智能手机的基石，也是存储和嵌入式设备的基石。​近日，Arm物联网事业部业务拓展副总裁马健女士在2023CFMS上分享了从云到端的智能计算与存储的大趋势、挑战，以及Arm如何赋能存储市场的未来。CH3esmc

有数据的地方就有存储和数据处理

几乎所有的应用演进趋势，比如万物智能、自动驾驶、WEB3和元宇宙等，归根结底都离不开对海量数据的分布式、实时处理。​​下一代计算和存储无处不在，无论是在智慧家庭、工厂车间、自动驾驶汽车还是智能楼宇，任何产生数据的地方都需要存储和数据处理分析。CH3esmc

不仅如此，Composable(组合式)基础设施的概念正被广泛接受，以提高资源利用率、满足不同应用的需求。蓬勃发展的移动、云、边缘和物联网的应用，对计算、内存和存储提出了不同的要求，促使这些基础资源持续分解，并可以根据负载需求更灵活地进行组合。​​CH3esmc

随着计算和存储走出数据中心和家庭，不再有物理安全的保护，数据隐私和预防数据泄露变得必不可少。​​爆发式的数据增长对各类存储设备的需求量都显著提高，但不同应用对存储设备的要求却千差万别。​CH3esmc

一方面，云和企业数据中心通常需要长期存储数据，或处理计算密集的数据库操作、海量数据分析和AI模型训练。这些应用在不断挑战存储性能和容量的极限，也需要最高速的计算与存储接口。CH3esmc

​另一方面，手机和嵌入式终端设备通常依靠电池组供电，低能耗和高可靠性就变得至关重要。​为了支持更快、更高效的数据访问，从用于消费存储的USB，到用于移动存储的UFS，再到用于PC和企业存储的PCIe，各种存储接口标准都在稳步提高速度和带宽，这也对存储控制器的性能提出了更高的要求。CH3esmc

同时，新接口标准也在层出不穷。CXL的横空出世，得到诸多云巨头的支持，着这或将改变数据中心架构。基于Arm Neoverse平台的服务器创新正在推动服务器CPU内核数量和性能的极限，进一步彰显了每个内核、内存、带宽的差距。而CXL使内存创新成为可能，有望摆脱内存得密度和带宽瓶颈的限制。CH3esmc

第一波CXL用例将是服务器本身通过CXL的端口进行内存扩展。未来，分解的内存池可以通过CXL交换机与服务器主机连接，从而实现更可组合的基础架构，提高系统利用率。​随着时间的推移，CXL将能在闪存中得到应用。CH3esmc

据马健介绍，Arm一直支持计算和内存的分解趋势。“我们于2019年加入CXL联盟，​从CMN-700 Mesh互连IP开始就在全面支持CXL标准。当CXL应用演进到跨多个DIMM的内存池，数据一致性支持就成为必需。​如果进一步放大CXL内存池控制器的架构，就可以看到Arm在这个设计中，通过CMN IP实现8个CXL端口和8个DDR控制器一致性连接。”CH3esmc

新兴的计算存储正通过近存储数据处理，来减少数据搬运，使数据中心、边缘服务器、物联网设备、汽车和其他数据密集型设备，变得更实时、更高效、更安全。在计算存储中，一个完整的计算系统包括DRAM、I/O、应用处理器、专用存储和系统软件，这些软硬件被压缩到SSD设备内，在本地执行重复性、数据预处理，或数据密集型任务，从而提高系统整体能效。CH3esmc

此外，随着数字化转型的深入，数据安全得重要性也与日俱增。无论数据是在静止、传输还是使用中的状态，确保数据具有足够的机密性、完整性和可用性，需要整个信息和通信技术堆栈的协同努力。CH3esmc

Arm不直接设计生产芯片，而是通过IP技术许可授权模式，赋能全球科技产业进行创新与转型。​据马健介绍，截至目前，基于Arm架构的累计芯片出货量超过2,500亿颗，“以2021财年来看，Arm架构芯片年度出货量超过290亿颗，Arm正在赋能所有需要计算的领域。同时，增量市场对Arm技术的需求也越来越强劲，包括移动领域、云计算和5G领域，我们在存储、物联、车载等市场已经深耕多年。”CH3esmc

Arm在计算与存储的不同细分市场都有突出表现。在未来计算和存储方面，Arm围绕机器学习、矢量计算、安全、自定义指令和CXL方面进行重点投资。​2021年，基于Arm架构的存储设备、年出货量已达到30亿。Arm技术在存储市场的应用涉及到硬盘驱动、嵌入式存储，以及消费/车载/企业级SSD。CH3esmc

基于Arm处理器打造的存储行业新生态

再观察Arm ​Cortex-A/R/M系列处理器在存储市场的表现。CH3esmc

​Cortex-A系列应用处理器具备高吞吐量流水线设计、支持最高处理性能，拥有ML、数据处理软件和丰富操作系统的坚实生态支持；Cortex-R系列实时处理器拥有快速的中断延时和实时反应速度，目前已部署到数十上百亿个消费级/企业级/数据中心SSD；Cortex-M系列嵌入式处理器是后端闪存和媒体控制的热门选择，并支持自定义指令，以便客户通过针对独特NAND介质的深度优化来创造差异。​CH3esmc

存储控制器芯片需要的不止是处理器，为了进一步简化存储控制芯片设计，Arm还提供了丰富的系统IP，包括互连、Mesh网络、中断控制器、MMU(内存管理单元)以及物理IP。对于存储固件和软件开发，Arm可提供软件开发工具来简化开发流程，加快客户的开发周期，不断壮大的软件开发者社区是Arm生态取胜的关键。CH3esmc

在海量的存储应用中，Arm与合作伙伴构建了完整的生态。马健把Arm存储解决方案产品组合的优势总结为以下几点：CH3esmc

• 经市场验证的面向高性能、高可靠性且高效率处理器的IP、系统IP和工具，以满足各类存储应用的各种需求；
• Arm持续投资于能够强化存储行业产品的技术，如机器学习、矢量计算、安全、自定义指令和CXL；
• 由于Arm在主机和设备側都具有丰富的经验，所以Arm在提供端到端优化CXL节约方案方面具备优势；
• Arm强大的生态系统和开发者社区的高度认可，可以加速存储软件与固件的开发周期。

她举例称，ScaleFlux是Arm在计算存储领域的重要合作伙伴之一。CH3esmc

在去年8月的Flash Memory Summit上，ScaleFlux布了新产品CSD 3000，该新品搭载了Arm处理器。据悉，CSD 3000是业界首款完全基于自研ASIC(不再使用FPGA)，全面兼容标准NVMe，并具备规模化量产的可计算存储SSD。CH3esmc

ScaleFlux CEO钟浩表示，选择与Arm合作主要有三方面的原因：第一，许多SSD厂商之前都基于Arm开发了固件，选用Arm处理器有利于新产品的导入、固件的移植；第二，从产品和工具链成熟度方面来看，Arm处理器有非常好的稳定性和可靠性；第三，ScaleFlux认同Arm在技术方面的长期、持续投入。2023年Q1，CSD 3000开始向全球客户送测样品，预计在Q2会开始进入量产。同时，钟浩也指出，存储领域的计算加速将势在必行。过去的几年里，可计算存储主要在一个探索阶段，用FPGA来验证应用场景的收益和有效性。现在，基于ASIC和Arm处理器的芯片，开始大幅度加速可计算存储产品的规模化部署。CH3esmc

值得注意的是，Arm为智能存储和计算存储量身定制了Cortex-R82处理器，它可以更好地支持高密度闪存、PCIe Gen5/Gen6接口、近存储计算，并使用ML等新技术使存储更智能​。Cortex-R82是第一款基于Armv8-R架构的64位处理器，并支持Arm Neon矢量加速，性能较上一代的Cortex-R8、在不同负载达到30%到近100%的提升。它既保留了经典Cortex-R确定性、低延时的实时处理能力，也可配置内存管理单元来运行Linux等丰富操作系统。​R82能够寻址高达1T的空间，可以满足不断增长的数据量和新兴内存技术的要求。目前，Arm Cortex-R82已经得到多家存储厂商的认可，得一微电子是该芯片的早期采用者之一。​CH3esmc

存储性能和创新需求比以往更强烈

软银2022财年第三季度财报显示，Arm公司的销售收入猛增了28%，达到7.46亿美元。其中，Arm在所有目标市场都实现了强劲的收入增长，在汽车、终端(消费类设备)、基础设施和物联网业务方面实现了两位数乃至三位数的收入增长。马健补充说：“Arm开展物联网业务已有数十年，我们的合作伙伴基于Arm架构的芯片的年出货量超过290亿颗，其中约七成采用Cortex-M系列处理器，而Cortex-M系列处理器的设计初衷就是满足物联网和嵌入式应用的需求。”。CH3esmc

去年，存储行业经历了寒冬，但存储行业的下行趋势是短暂的。马健评价说：“如果从更长远的角度来审视这个行业，会发现随着数据中心、物联网和日常生活中各种应用所产出的大量数据，让现在对存储的性能和创新的需求比以往任何时候都更加强烈。我们仍对存储行业的发展持乐观态度，并致力与我们的生态伙伴共同实现创新。我们很多的合作伙伴将艰难的寒冬看作蓄力发展的机遇，加大了研发力度来优化设计与生产流程。我们期望当存储产业春天再次到来的时候，可以看到更多基于Arm技术的创新。”CH3esmc