​

Предисловие

Мы часто обсуждаем архитектуру чипа X86 и архитектуру ARM, так в чем же разница между ними? Фактически, обе архитектуры представляют собой две основные архитектуры компьютерных процессоров (ЦП). ЦП с архитектурой X86 является лидером в индустрии серверов для ПК, а ЦП с архитектурой ARM является лидером в области мобильных терминалов. Архитектура X86 и архитектура Arm на самом деле представляют собой разницу между CISC и RISC. Многие пользователи не понимают различий между ними. На самом деле их области не одинаковы, и их занятия также различны.

1. Цели дизайна

Архитектура x86 предназначена для запуска операционных систем и приложений общего назначения на высокопроизводительных компьютерах, таких как персональные компьютеры (ПК) и серверы, а архитектура ARM предназначена для низкого энергопотребления и высокой эффективности на мобильных устройствах и встроенных системах. . Вкратце: X86 в основном нацелен на производительность, но это приведет к высокому энергопотреблению и отсутствию энергосбережения, в то время как ARM стремится к энергосбережению и низкому энергопотреблению, но его производительность ниже, чем у X86.

2. Набор инструкций

X86 использует компьютер со сложным набором команд CISC, а ARM использует компьютер с сокращенным набором команд RISC.

CISC — это ЦП со сложным набором команд и множеством инструкций, что усложняет конструкцию схемы ЦП и потребляет большую мощность, но соответствующая конструкция компилятора проста. Процессор с уменьшенным набором команд RISC имеет меньше инструкций и относительно низкое энергопотребление, но конструкция компилятора очень сложна. Ключевым моментом является то, что операция конвейера может выполнять несколько инструкций за один такт.

В архитектуре x86 используется набор команд компьютера со сложным набором инструкций (CISC), который содержит большое количество инструкций и регистров, что позволяет ЦП выполнять более сложные операции, но занимает больше места на кристалле. В архитектуре ARM используется набор команд компьютера с сокращенным набором команд (RISC), который содержит меньше инструкций и регистров, что может уменьшить площадь кристалла, что делает процессоры ARM более энергоэффективными.

3. Архитектурные характеристики

Процессоры x86 используют сложные наборы команд и обладают расширенными функциями, такими как многоуровневый кэш и прогнозирование ветвей, но эти функции приводят к высокому энергопотреблению и выделению тепла. Процессоры ARM используют сокращенный набор команд, имеют меньший размер и меньшее энергопотребление, но не так мощны, как процессоры x86. Однако преимущество ARM заключается не в его высокой производительности, а в его эффективности. ARM использует набор команд конвейера RISC, что не позволяет ему выполнять комплексную работу. Однако его преимущества могут быть полностью реализованы в некоторых приложениях, где задачи относительно фиксированы.

4. Совместимость операционных систем

X86Система состоит изМайкрософтиIntelпостроенWintelАльянс за господство над миром,Монополизированные операционные системы персональных компьютеров в течение почти 30 лет.,Сформируйте огромную базу пользователей,Это также глубоко укрепило привычки использования многих пользователей.,В то же время системы x86 сформировали единые стандарты в области разработки аппаратного и программного обеспечения.,Почти все аппаратные платформы x86 могут напрямую использовать оконную систему Майкрософт и почти все популярные сегодня инструменты и программное обеспечение.,Таким образом, система x86 имеет беспрецедентные преимущества с точки зрения совместимости.

ARMПочти все системы используютLinuxОперационная система,И почти все аппаратные системы приходится собирать отдельно.,Не совместим с другими системами,Это также приводит к невозможности легкой трансплантации прикладного программного обеспечения.,Это всегда сильно ограничивало разработку и применение систем ARM. После того как GOOGLE разработал открытую систему Android,Единая операционная система для компьютеров архитектуры ARM,Предоставить единую, открытую и бесплатную операционную систему для недавно выпущенной компьютерной системы на основе структуры ARM.,Это обеспечивает мощную поддержку и мотивацию для развития ARM.

5. Сценарии применения

Поскольку процессоры ARM обладают характеристиками низкого энергопотребления, небольшого размера и высокой эффективности, они часто используются в мобильных устройствах, встроенных системах, умных домах, Интернете вещей и автомобильной электронике. Процессоры x86 подходят для высокопроизводительных компьютеров, серверов, настольных компьютеров и игр.

6. Потребляемая мощность

Чтобы адаптироваться к потребностям различных приложений, идея развития компьютеров X86 заключается в следующем: производительность + скорость. За последние 20 лет скорость компьютеров x86 выросла с нескольких M в оригинальном 8088 до нескольких G сейчас, и у них по-прежнему есть несколько ядер. Их скорость и производительность увеличились в тысячи или десятки тысяч раз. сделало компьютеры x86 незаменимыми в общественной жизни. Однако направление развития и модель компьютеров x86 позволяют поддерживать высокое энергопотребление. Компьютер может потреблять всего несколько сотен ватт. Даже ноутбуки или нетбуки, которые утверждают, что они маломощные и энергосберегающие, имеют мощность более десяти или двадцати ватт. энергопотребление, несравнимое с компьютерами со структурой ARM. Видно, что ARM обладает преимуществами, несравнимыми с компьютерами структуры X86. Преимущество: энергопотребление

7. Будущее развитие

Процессоры ARM широко используются во встроенных системах, имеют низкое энергопотребление и энергосбережение и очень подходят для мобильной связи. Бытовая электроника, такая как портативные устройства (КПК, мобильные телефоны, мультимедийные плееры, портативные электронные игры и компьютеры), компьютерная периферия (жесткие диски, настольные маршрутизаторы) и военная техника.

С ростом спроса на центры обработки данных конкуренция за основные чипы становится все более жесткой. ARM вышла на рынок серверов, а площадь одного ядра ARM составляет всего X86 ядерный 1/7,Один и тот же размер чипа может наследовать больше ядер。Благодаря подходу «стопного ядра» процессоры с архитектурой ARM могут поддерживать низкое энергопотребление даже при быстром повышении производительности.。в соответствии сAmpereданные предоставлены,Его производительность процессора превышает традиционные процессоры x86 в 3 раза.,По соотношению производительность/энергопотребление опережает почти в 4 раза. и x86 Серверный процессор по сравнению с Ampere Altra Эта серия может использовать 50% энергопотребления и обеспечивать 200% производительности.

В последние годы, с появлением архитектуры ARM, многие гиганты начали разрабатывать свои собственные серверные чипы на базе ARM, в том числе Amazon, Google и даже Microsoft за рубежом, а отечественные Tencent, Alibaba, Huawei и т. д. активно участвуют в этом. Qualcomm, однажды потерпевшая неудачу, похоже, снова пытается выйти на рынок серверных чипов. В прошлом году она приобрела стартап Nuvia, основанный с целью создания высокопроизводительных серверных чипов ARM.

В будущем серверные чипы ARM будут иметь три основных целевых рынка: облачные вычисления, высокопроизводительные вычисления и периферийные вычисления.

​