为国产“自主”芯片之殇正名,基础篇——世界上有几种CUP架构?
专栏:科技资讯
发布日期:2018-11-08
阅读量:6622
作者:小爱
CPU架构介绍

Architecture ,结构、架构,这个词用于 CPU 的时候是指 CPU “接受和处理信号的方式”,及其内部元件的组织方式。CPU架构,从大的层面分两类——CISC、RISC。

为国产“自主”芯片之殇正名,基础篇——世界上有几种CUP架构?

CISC就是复杂指令集计算机,目前专指 x86 和 x86-64 两类。

X86指令集CPU可以泛指现在PC端的Intel和AMD的芯片架构,就不在详细介绍。

RISC就是精简指令集计算机,目前常见分类为以下七种:

一、IBM 的 POWER/PowerPC架构(Power G4、G5、G6、PowerXCell)

二、MIPS 的 MIPS架构(多家厂商,包括AMD也获授权生产,龙芯也是MIPS变种)

三、SUN 的 UltraSPARC架构(UltraSPARC III、IV、VI、T1、T2)

四、DEC 的 Alpha架构(现今少见,DEC被Compaq收购,Compaq又被HP收购)

五、Intel和HP 的 EPIC架构(Iantium、Iantium2),这也就是 IA64 架构,Intel Architecture 64(Intel64位架构),有时单独列为一类而不算RISC

六、Transmeta(全美达)的 VLIW(超长指令字)架构,和 IA64 在设计思想上有某种程度上的神似之处,有时也单独列为一类而不算RISC

七、Acorn的 ARM架构(类似于 MIPS 也授权多家公司制造,包括Intel),后来 Intel 还开发出 ARM的变种 XScale 架构

现在计算机发展繁荣, Intel 和 AMD CISC处理器的内核其实都是 RISC内核,是在内核的外围电路中把复杂指令动态翻译成精简指令,然后送到 RISC内核中处理。严格来说,现代CPU本质上都是 RISC处理器。

而根据目前的发展状况,可以分成四种最具发展潜力的CUP构架。
第一种:ARM

ARM架构,过去称作进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine,更早称作:Acorn RISC Machine),是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器非常适用于行动通讯领域,符合其主要设计目标为低耗电的特性。

在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到,从可携式装置(PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏,和计算机)到电脑外设(硬盘、桌上型路由器)甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此还有一些基于ARM设计的派生产品,重要产品还包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。高通,苹果,华为都是用ARM构架芯片。

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第二种:x86系列/Atom处理器
x86或80x86是英代尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。x86架构是重要地可变指令长度的CISC(复杂指令集电脑,Complex Instruction Set Computer)。
Intel Atom(中文:凌动,开发代号:Silverthorne)是Intel的一个超低电压处理器系列。处理器采用45纳米工艺制造,集成4700万个晶体管。L2缓存为512KB,支持SSE3指令集,和VT虚拟化技术(部份型号)。
现在Atom处理器系列有6个型号,全部都是属于Z500系列。它们分别是Z500、Z510、Z520、Z530、Z540和Z550。最低端的Z500内核频率是800MHz,FSB则是400MHz。而最高速的Z550,内核频率则有2.0GHz,FSB则是533MHz。从Z520开始,所有的处理器都支持超线程技术,但只增加了不到10%的耗电。双内核版本为N系列,依然采用945GC芯片组。双内核版本仍会支持超线程技术,所以系统会显示出有4个逻辑处理器。这个版本的两个内核并非采用本地设计,只是简单的将两个单内核封装起来。X86+Android 有比较完善的发展。有atom+Android的上网本。联想就推出过MIIX28 采用主频为1.33GHz的四核四线程Intel Atom Z3740处理器。

为国产“自主”芯片之殇正名,基础篇——世界上有几种CUP架构?

第三种:MIPS系列

MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlockedpipedstages),其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。
MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司,它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比,RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点,并可以应用更多先进的技术,开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一,新的架构集成了所有原来MIPS指令集,并增加了许多更强大的功能。MIPS自己只进行CPU的设计,之后把设计方案授权给客户,使得客户能够制造出高性能的CPU。MIPS架构与ARM架构都是小型设备的处理器架构。MIPS架构的处理器多用在网关、猫、机顶盒。MIPS架构的优势是开放的态度,很多厂家都加入MIPS架构的研究,当做替换ARM构架的备胎来储备技术,MIPS+Android目前在移植、完善过程中。

为国产“自主”芯片之殇正名,基础篇——世界上有几种CUP架构?

第四种:PowerPC系列
PowerPC 是一种精简指令集(RISC)架构的中央处理器(CPU),其基本的设计源自IBM(国际商用机器公司)的IBMPowerPC 601 微处理器POWER(PerformanceOptimized With Enhanced RISC;《IBM Connect 电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化”)架构。二十世纪九十年代,IBM(国际商用机器公司)、Apple(苹果公司)和Motorola(摩托罗拉)公司开发PowerPC芯片成功,并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。早期苹果PC也是用PowerPC构架。
PowerPC 处理器有广泛的实现范围,包括从诸如 Power4 那样的高端服务器CPU 到嵌入式 CPU 市场(任天堂Gamecube 使用了 PowerPC)。PowerPC处理器有非常强的嵌入式表现,因为它具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量。除了象串行和以太网控制器那样的集成 I/O,该嵌入式处理器与“台式机”CPU 存在非常显著的区别。Powpc+Android目前在移植、完善过程中,相比于MIPS架构参与力量还是稍弱。

为国产“自主”芯片之殇正名,基础篇——世界上有几种CUP架构?

采用PowerPC架构芯片,2001年上市的任天堂Gamecube 卡片游戏机。

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以上介绍完目前可具发展潜力的精简指令集计算机架构,目前华为走在国内众多公司的前列,并成功推出量产7nm制程芯片麒麟980芯片,搭配在Mate 20系列,由TSMC台积电代工生产。而麒麟CPU的“自主”的冠名始终有很多声音质疑。
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