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從高通英特爾的服務器SoC之爭，看能源問題如何改變芯片廠商的思維方式
通過設計高性能的服務器SoC，英特爾成功地壟斷了數據中心市場，而且它在短期內喪失大的市場份額的可能性相當小。不過，如果我們從一個長遠的時間來看，比如到2030年或2040年，就像半導體行業協會（SIA）在2015年九月份的一份報告中所揭示的那樣，我們意識到，現在這種芯片設計方式將會發生劇烈的變化。僅以性能為指標來設計SoC，即使是在最先進的工藝節點上，甚或是在時機成熟時繼續下探工藝節點，也是不可持續的一種方式。
如果您不相信我的話，看一看下麵這個圖吧：如果我們當今設計計算機係統的方式不發生改變的話，計算機係統消耗的總能量將會在2037年時超過全球生產的能量總和。
首先，我們需要承認，報告的作者並沒有把調查限定在各種不同的SoC設計方法上，而且評估了尚未到來的非矽材料芯片、3D設計帶來的影響、接近物理極限時的運算操作等因素。就我個人而言，我建議在所知的領域內做一個調研：矽器件、SoC設計技術和Si製造工藝。
在過去的十五年中，我們看到了兩種不同類型的芯片製造商，它們麵向兩種完全不同的市場開發SoC，都取得了巨大的成功。其中一類由英特爾或思科領銜，它們麵向數據中心或網絡通信設計SoC，總是在追求更高的性能（計算能力或者帶寬），而不計功率消耗，假設當今的能源還可以支持芯片正常運行。
另一組則是由高通或者蘋果領銜，他們為電池供電的移動係統開發應用處理器SoC。這一類公司學會了使用諸如在芯片層級上部署時鍾門控或者電源孤島、以及在係統層麵上使用功率管理單元等設計技術，在保持功率消耗盡可能低的情況下，也能提供最高的CPUGPUDSP性能。當然，我們不能忘記高通們在製造工藝領域的合作夥伴-台積電、三星或格羅方德，他們站在係統的高度開發一些低功耗的工藝，同樣需要謹記在心的還包括提供低功耗版本的基礎IP的IP供應商。
我們注意到一件有趣的事情，英特爾近年來頻繁試圖滲透到移動市場，卻屢次折戟沙場。是因為英特爾專注於純粹的性能這種“公司文化”阻止它支持正確的工藝（低功耗）呢，還是英特爾公司的設計人員自己不願意采用和曾經使用了幾十年之久、成功打造過CPU SoC的技術迥然不同的新技術呢？
無論是哪種原因，可能是公司文化或短期的營銷策略一起導致了英特爾現下的處境。現在，數據處理、計算和網絡正在每個應用類別中以幾何級數式增長。摘自SIA報告的下圖，清晰地揭示了數據正在以級數形式增長。如果你觀察一下數據的三個主要需求源-多媒體、消費者IoT、工業IoT，業界的共識是它還會繼續保持增長。事實上，IoT和工業IoT的更大規模部署才剛剛開始。如果你認為這個圖還沒有涵蓋所有數據需求，並希望納入那些數據量的話，毫無疑問，數據增長的速度隻會有增無減。如果，我們不在中期內采取行動的話，計算行業肯定會在2035年或2040年前後遇到大問題。
時至當下，數據中心由服務器機器堆積而成，它需要通過一個巨大的空調係統進行散熱。現在，數據中心的電費非常高昂，而且超過一半都用在了製冷係統上。再看看服務器芯片，他們需要高效的封裝進行功率耗散，還需要加入散熱片。換句話說，數據中心運行的每一步都會因芯片散發的高熱燒掉很大一筆錢。
如果我們希望管理數據中心的公司們（穀歌、亞馬遜等）能徹底改變，采用對功耗敏感的架構，不要指望他們會出於無私的利他主義而這樣做。一個可行的解決方案需要能降低擁有成本，也就是說總體成本要降低。我們能否定義一種服務器架構，可以以低得多的功率消耗提供同樣的性能（MIPS、延遲、帶寬），從而大幅度降低電費支出呢？我不知道，但是需要馬上啟動這種研究，我是指研究一種可以在接下來的三到五年內實施的方案，而不是期待神奇材料突然出現而替代矽材料。如果你看得夠遠的話，2037年已經不遠了，想想1995年是不是剛剛過去？
最後更新：2017-08-13 22:45:48