眾所周知,建房子首先要打地基、搭框架,然后是搬磚、填磚到裝修等,框架是設(shè)計房子的關(guān)鍵。造芯片和做房子雖不同,但原理卻有相似之處,首先得做的第一步就是選擇架構(gòu)。
提到芯片架構(gòu),就不得不說CPU,因為架構(gòu)的發(fā)明離不開它。CPU也叫中央處理器,是一塊超大規(guī)模的集成電路,主要包括運算器和高速緩沖存儲器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線。CPU的核心是各種類型的芯片,芯片架構(gòu)是造芯的第一步。目前市場上主流的芯片架構(gòu)有X86、ARM、RiSC-V和MIPS四種。
四大主流芯片架構(gòu)的特點
X86是微處理器執(zhí)行的計算機語言指令集,指一個intel通用計算機系列的標(biāo)準(zhǔn)編號縮寫,也標(biāo)識一套通用的計算機指令集合。1978年6月8日,Intel發(fā)布了新款16位微處理器“8086”,也同時開創(chuàng)了一個新時代:x86架構(gòu)誕生了。X86指令集是美國Intel公司為其第一塊16位CPU(i8086)專門開發(fā)的,美國IBM公司1981年推出的世界第一臺PC機中的CPU--i8088(i8086簡化版)使用的也是X86指令。
隨著CPU技術(shù)的不斷發(fā)展,Intel陸續(xù)研制出更新型的i80386、i80486直到今天的Pentium 4系列,但為了保證電腦能繼續(xù)運行以往開發(fā)的各類應(yīng)用程序以保護和繼承豐富的軟件資源,所以Intel公司所生產(chǎn)的所有CPU仍然繼續(xù)使用X86指令集。
ARM架構(gòu)是一個32位精簡指令集處理器架構(gòu),其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。由于節(jié)能的特點,ARM處理器非常適用于移動通訊領(lǐng)域,符合其主要設(shè)計目標(biāo)為低耗電的特性。
如今,ARM家族占了所有32位嵌入式處理器75%的比例,使它成為占全世界最多數(shù)的32位架構(gòu)之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產(chǎn)品上看到,從可攜式裝置到電腦外設(shè)甚至在導(dǎo)彈的彈載計算機等軍用設(shè)施中都有它的存在。
ARM和X86架構(gòu)最顯著的差別是使用的指令集不同。ARM主要是面向移動、低功耗領(lǐng)域,因此在設(shè)計上更偏重節(jié)能、能效方面。X86處理器主要面向家用、商用領(lǐng)域,在性能和兼容性方面做得更好。
RiSC-V架構(gòu)是基于精簡指令集計算(RISC)原理建立的開放指令集架構(gòu)(ISA),RISC-V是在指令集不斷發(fā)展和成熟的基礎(chǔ)上建立的全新指令。RISC-V指令集完全開源,設(shè)計簡單,易于移植Unix系統(tǒng),模塊化設(shè)計,完整工具鏈,同時有大量的開源實現(xiàn)和流片案例,得到很多芯片公司的認(rèn)可。
RiSC-V架構(gòu)的起步相對較晚,但發(fā)展很快。它可以根據(jù)具體場景選擇適合指令集的指令集架構(gòu)?;赗ISC-V指令集架構(gòu)可以設(shè)計服務(wù)器CPU,家用電器cpu,工控cpu和用在比指頭小的傳感器中的CPU。
MIPS架構(gòu)是一種采取精簡指令集(RISC)的處理器架構(gòu),1981年出現(xiàn),由MIPS科技公司開發(fā)并授權(quán),它是基于一種固定長度的定期編碼指令集,并采用導(dǎo)入/存儲(load/store)數(shù)據(jù)模型。經(jīng)改進,這種架構(gòu)可支持高級語言的優(yōu)化執(zhí)行。其算術(shù)和邏輯運算采用三個操作數(shù)的形式,允許編譯器優(yōu)化復(fù)雜的表達式。
如今基于該架構(gòu)的芯片廣泛被使用在許多電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、個人娛樂裝置與商業(yè)裝置上。最早的MIPS架構(gòu)是32位,最新的版本已經(jīng)變成64位。
沒有所謂的“萬能芯片架構(gòu)”
每一種架構(gòu)都有自己的優(yōu)勢和不足,天下并沒有所謂的“萬能芯片架構(gòu)”。如X86架構(gòu)是英特爾和AMD的“專屬”,在PC市場上獨霸多年,地位不可撼動;ARM的架構(gòu)在移動端和便捷設(shè)備上有著不可替代的優(yōu)勢;MIPS架構(gòu)的處理器在網(wǎng)關(guān)、機頂盒等市場上非常受歡迎;RiSC-V架構(gòu)雖然出來不久,但在智能穿戴產(chǎn)品上的應(yīng)用廣泛,前景廣闊。
ARM架構(gòu)和X86架構(gòu)是市場份額最大的兩大架構(gòu),它們有著各自的特點和市場。目前在移動領(lǐng)域上ARM架構(gòu)占主流,X86架構(gòu)也占有一定的市場份額。X86架構(gòu)由于其封閉性,相對于ARM架構(gòu)成本更高,但有著更高的性能、更快的速度和兼容性。英特爾近幾年也在逐步的布局移動市場,如其推出的X86架構(gòu)凌動系列處理器,在速度、視頻體驗、兼容性等方面表現(xiàn)優(yōu)異。