Arm en Nvidia: de chipwereld zal nooit meer dezelfde zijn

De overname van Arm door Nvidia is misschien wel de belangrijkste van het afgelopen decennium. Ze stelt Nvidia in staat om Intel, AMD en zelfs x86 in het algemeen uit te dagen als gelijke. Hoelang zullen servers en computers nog Intel Inside hebben?

Intel en AMD zien het ongetwijfeld niet graag gebeuren: Nvidia koopt Arm voor 40 miljard dollar. 12 miljard dollar daarvan is cash, de rest van het bedrag bestaat uit Nvidia-aandelen. Met de overname ontpopt Nvidia zich in één klap tot absolute topspeler in de chipmarkt. Keuren regelgevers wereldwijd de overname goed, dan heeft Nvidia het potentieel om Intel echt van de troon te stoten. Wat maakt deze overname nu zo belangrijk?

ARM komt op

Om de impact in te schatten, moeten we eerst even het huidige chiplandschap bekijken. Vandaag wordt de pc- en servermarkt gedomineerd door de x86-chiparchitectuur. Intel blijft onbetwist marktleider, met AMD als enthousiaste uitdager in de achtervolging. x86 wordt echter uitgedaagd door een concurrerende architectuur: ARM. ARM is intellectueel eigendom van het bedrijf Arm, gevestigd in Cambridge en tot na de overname door Nvidia eigendom van het Japanse investeringsconsortium Softbank.

We zien de ARM-architectuur langzaam maar zeker aan belang winnen. AWS schoot recht in de roos met de ARM-gebaseerde Graviton 2-chips voor zijn cloud-instances, Fujitsu bouwde met de A64FX-ARM-chips ’s werelds snelste supercomputer, Microsoft maakt Windows (min of meer) compatibel met ARM en Apple gaat zijn hele computerportfolio overzetten naar zelfgebouwde ARM-chips. Die ontwikkelingen staan los van het feit dat ARM eigenlijk al ’s werelds populairste architectuur is voor persoonlijke toestellen. Van Qualcomm Snapdragon over MediaTek-chip tot Apple Bionic: allemaal zijn ze gebouwd op licenties van Arm.

Accelerators vallen cpu’s aan

De dominantie van x86 staat dus onder druk, maar voorlopig is er vooral sprake van een zachte evolutie, beslist geen revolutie. x86 verliest hier en daar terrein, maar blijft de norm. Op een tweede front ligt de architectuur onder vuur door accelerators allerhande. Een cpu-centrisch design is niet meer zo interessant voor krachtige servers en HPC-installaties. De opkomst van AI, deep learning en gerelateerde workloads maakt dat accelerated computing aan belang wint. De kampioen in dit veld is Nvidia. Nvidia-gpu’s zijn de krachtigste in hun soort. Ze drijven supercomputers en servers aan, en bieden ongeëvenaarde rekenkracht.

Lees ook: GPU’s in het datacenter: achter de schermen van de revolutie

Nvidia weet dat. Het bedrijf van Jensen Huang zette de kennis al in om speciale chips op maat van AI en deep learning-toepassingen te maken. Denk maar aan Jetson en het Jetson Xavier-platform dat AI-capaciteit naar de edge brengt. Waar Intel en AMD niet echt een antwoord hebben op de dreiging van ARM, zijn ze zich wel erg bewust van de verschuiving naar accelerated computing. Voor AMD is dat niet zo’n probleem: het bedrijf nam in 2006 gpu-specialist Radeon over en kan vandaag een tandem van cpu en gpu-oplossingen aanbieden. Dat duo is zo krachtig dat AMD ’s werelds eerste exascale-HPC-systemen zal aandrijven.

Intel van zijn kant reageert door zich in de gpu-markt te smijten. De chipbouwer werkt daarvoor naarstig aan de Xe-architectuur, waarvan we met Tiger Lake het eerste resultaat zien. Xe-gpu’s moeten concurreren met de chips van Nvidia en AMD. Als Intel in zijn opzet slaagt, kan het net als AMD naar klanten stappen met een dubbel aanbod van cpu’s en gpu-accelerators, perfect op elkaar afgestemd.

Een volatiel landschap

Samengevat is de huidige situatie als volgt:

  • Arm domineert met ARM-blauwdrukken de device-markt voor alles wat kleiner is dan een laptop en wint aan populariteit in de server- en pc-markt.
  • Nvidia bouwt ’s werelds krachtigste deep learning en AI-acceleratoren en doet klassieke cpu’s aan belang verliezen in de HPC- en high end-servermarkt
  • Intel is de kampioen van de x86-processor maar ziet de dreiging van Nvidia. Het bedrijf wil met eigen gpu’s een combinatie van x86-chips en accelerators aanbieden. Daarop heeft Nvidia geen antwoord.
  • AMD is minder groot dan Intel, maar heeft de combinatie x86-cpu en accelerator al onder de knie. Contracten voor exascale-systemen afgesnoept van Intel en Nvidia tonen aan dat die werkt.

Met deze situatie in het achterhoofd koopt Nvidia nu Arm. Plots heeft het bedrijf een dodelijke combinatie in handen. De Nvidia-accelerators zijn de beste in hun soort en Nvidia kan ze binnenkort combineren met een cpu-aanbod op maat, weliswaar op basis van ARM. Zo kan Nvidia naar de markt stappen met een combinatie die concurreert met wat AMD nu heeft en Intel met Xe wil hebben.

Plots heeft Nvidia een dodelijke combinatie in handen.

Nvidia hoeft de server- en HPC-markt bovendien niet meer binnen te breken. Via de accelerators is het bedrijf er al kind aan huis. AWS en Fujitsu tonen terwijl aan dat ARM evenwaardig kan zijn aan x86 als het op gpu’s aankomt en ook Apple is niet bang om de architectuur over de hele lijn te omarmen.

Daar komt bij dat ARM zich als architectuur veel meer schaalbaar toont dan x86. Met de overname krijgt Nvidia plots voet aan wal in de markt van de smartphones en tablets, waar het voordien weinig voeling mee had. Zowel Arm als Nvidia zetten bovendien in op Edge en IoT-toepassingen. De AI-capaciteiten van Nvidia gecombineerd met ARM beloven ook daar een zuinige en krachtige oplossing te bieden.

Totaalplaatje

Met ARM onder de arm heeft Nvidia plots een ongezien totaalaanbod onder één dak, dat ultra premium-antwoorden kan bieden aan zowat alle chipgerelateerde vragen, van het kleinste toestel tot de grootste supercomputers en alles daartussen. De combinatie van de twee zorgt er bovendien voor dat grafische workstations die Nvidia-gpu’s combineren met Arm-cpu’s geen eeuwigheid meer op zich zullen laten wachten. Intel en AMD hebben in dit scenario nog maar één troef in handen: ze moeten hopen dat x86 populairder blijft dan ARM. Rauwe rekenkracht, zeker single threaded, blijft een troef, maar hoe lang is dat nog relevant?

Lees ook: Intel legt zich neer bij kleiner x86-marktaandeel

Als Nvidia zijn kaarten goed speelt, kan het dé dominante speler in chipland worden voor de komende decennia. Er is op papier geen reden dat ‘Nvidia Inside’ niet langzaam maar zeker de norm wordt voor smartphones, laptops, desktops, servers en supercomputers. Het bedrijf heeft alle troeven in handen.

Het vel van de beer…

Daarmee is de nieuwe realiteit nog geen voldongen feit. Er speelt één belangrijke factor in het nadeel van Nvidia: mensen en bedrijven werken er niet graag mee samen. Linux-papa Linus Torvalds noemde Nvidia destijds het ergste bedrijf waarmee hij ooit gewerkt heeft en smeet daar nog een mooie ‘fuck you’ achter om te laten zien dat hij het meende. Apple had in 2008 een akkefietje met slechte gpu’s van Nvidia en dat leidde tot een bitse situatie die er tot de dag van vandaag voor zorgt dat Nvidia-chips niet compatibel zijn met Apple-software.

Nvidia is bovendien notoir gesloten met zijn code, wat deels aan de oorzaak ligt van de uitspraken van Torvalds. Arm moet het hebben van een open licentiemodel waarbij bedrijven zoals Qualcomm of Apple hun gang mogen gaan en eigen chips mogen ontwikkelen gebaseerd op de instructieset. Die manier van werken staat lijnrecht tegenover de Nvidia-cultuur. Om echt dominant te worden, moet Nvidia een open cultuur omarmen, netjes spelen met Linux en ook de brokken met Apple lijmen. Apple kan in dat geval de grootste drijvende kracht worden voor het succes van Nvidia. Beeld je maar in dat toekomstige Apple-workstations draaien op een combinatie van Apple-ARM-designs en Nvidia-gebaseerde gpu-rekenkracht.

Weeral Amerikanen

Naast openheid speelt ook het origine van Nvidia een rol, zeker vandaag. Met de overname komen Arm en de bijhorende ARM-technologie in Amerikaanse handen. De VS toonden zich onder president Trump een notoir onbetrouwbare thuishaven voor grote technologiebedrijven. Geen enkel Chinees bedrijf staat in het huidige klimaat te springen om zijn toekomst te koppelen aan de waan van de dag van de huidige of toekomstige president van het land. Ook Europa wil onafhankelijker worden van Amerikaanse technologie. De Unie startte daartoe onder andere het Euro-HPC-project.

De VS toonden zich een notoir onbetrouwbare thuishaven voor grote technologiebedrijven

Op de achtergrond suddert er een interessant alternatief voor zowel ARM als x86: RISC-V. RISC-V is een moderne architectuur die in principe alles in zich heeft om zich te ontpoppen tot de norm. De grote troef: RISC-V is volledig open. Niemand bezit de architectuur of kan licentiebeperkingen opleggen, en al zeker Nvidia en de VS niet. De RISC-V Foundation heeft niet voor niets hoofdkwartier in Zwitserland.

Drie mogelijke uitkomsten

Zo zijn er drie mogelijke uitkomsten als gevolg van de overname. Misschien verandert er weinig de komende vijf tot tien jaar en blijft x86 dominant. Dat lijkt weinig waarschijnlijk op dit punt, maar als Intel en AMD hun chips snel genoeg kunnen vernieuwen en ze met respectievelijk Xe en Radeon competitief blijven met Nvidia’s acceleratorkracht, is het goed mogelijk dat OEM’s zich niet genoodzaakt zien om af te stappen van wat werkt. Alleenheerschappij lijkt evenwel ten einde.

Als tweede optie doet Nvidia alles juist. Het bedrijf kapitaliseert ten volle op het potentieel en de Arm-Nvidia-combo wordt binnen enkele jaren de norm in het hele computerlandschap. Denk hierbij aan supercomputers, servers en zelfs computers die op toekomstige Arm-Nvidia-chips zullen draaien. Nvidia wordt in dit geval het Intel van de komende decennia.

De laatste optie is dat Linus Torvalds en Apple gelijk krijgen: Nvidia toont zich dan geen geschikte partner om de wereld van alle soorten chips te voorzien. Misschien zet de Trump-doctrine zich voort en moeten Azië en Europa noodgedwongen opzoek naar alternatieven die niet onder Amerikaanse controle vallen. In dat geval kan de overname van Arm door Nvidia meteen ook de ondergang van het bedrijf betekenen. De meest logische vervanger lijkt in dit geval RISC-V, dat op zijn beurt de kans zal krijgen om de x86-dominantie in vraag te stellen.

Lees ook: ARM in laptops: maakt Apple meer kans dan Microsoft?

Wat het ook wordt: de komende jaren worden bijzonder interessant. Voor het zover is, moeten we de beslissing van marktregulators over de hele wereld afwachten. Het mag duidelijk zijn dat de overname een serieuze verschuiving in de macht kan meebrengen in één van de belangrijkste industrieën in de wereld vandaag. Loopt alles zoals Arm en Nvidia hopen, dan krijgen we rond 2022 een zicht op wat de toekomst van de chipwereld echt in petto heeft.