11.21 芯故事之漫談CPU框架

最近一直有和多位海外及國內CPU Design 的朋友有交流,話說從CPU發明至今,有過多種架構,從我們熟悉的X86,ARM,到不比較陌生的MIPS,IA64,它們之間的差距都非常大。藉機也和大家簡答探討下目前這幾種CPU框架的情況。

X86



先說個小故事關於為什麼叫X86架構

1978年6月8日,Intel發佈第一款16位微處理器:8086(亦稱之為iAPX 86)。隨後於1979年,又推出了Intel 8088,並用在IBM PC的原始設計中(IBM PC XT)而被人知曉。8086是Intel最成功的處理器系列x86架構的開端,該系列較早期的處理器名稱是以數字來表示80x86。由於以“86”作為結尾,包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486(我小學接觸過的電腦286,386,486大家是不是很熟悉,啊呀暴露小編的年齡了),因此其架構被稱為“x86”

芯故事之漫談CPU框架

intel 80286

芯故事之漫談CPU框架

intel 80386

芯故事之漫談CPU框架

intel 80486

芯故事之漫談CPU框架

紀念限量版的處理器Core i7-8086K



我們熟知的X86的主要玩家intel ,另外intel也是授權過AMD,X86也是全球商用化最好的框架之一,在全球PC市場上獨霸多年,地位不可撼動;當時X86的歷史包袱及複雜的架構也造成了一些發展問題,x86架構是CISC複雜指令集典型代表

x86的優勢:

性能高速度快:在性能和生產工藝方面,X86優勢很明顯,單條指令功能強大,指令數相對少;

擴展能力: 這麼多年以來,配套擴展的設備種類多;

帶寬要求不高:還是因為指令數相對少,即使高頻率運行也不需要很大的帶寬往CPU傳輸指令;

兼容性配配套好:操作系統的兼容性應用軟件配套、軟件開發工具的配套及兼容性很好。X86上跑的系統linux ,mac,window。

應用領域:PC 服務器

國內用X86的玩家:兆芯,海光 (但是由於授權的限制,兩個國內玩家只能內銷,不能出口)



ARM



ARM公司就不多介紹,之前小編有一篇介紹ARM史的文章,有興趣的朋友可以去看看;

ARM架構(進階精簡指令集機器(AdvancedRISC Machine),較早稱作Acorn RISCMachine)是一個32位元精簡指令集(RISC) 處理器架構

,其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由於節能的特點,ARM處理器非常適用於移動通訊領域,符合其主要設計目標為低耗電的特性,ARM也是RISC精簡指令集的代表。

應用領域:移動端和便捷設備





從設計的完成度是由低到高可以分為:軟核、固核、硬核,對芯片設計公司的要求也是從高到低,而發揮的空間也是從高到低:軟核發揮的空間最大,硬核發揮的空間最小。

買ARM硬核的芯片設計公司,用通俗的話說就是,使用ARM公版架構。這種情況下,芯片設計公司對外宣傳必須帶上ARM公司的品牌:CPU的品牌是Cortex-AXX(XX代表兩位阿拉伯數字,第一個數字表示架構是第幾代,第二個表示架構微調),GPU則是Mali-GXX(XX含義同上)。

主要國內玩家:華為海思,紫光展銳等等很多啦,這裡就不一一展開

IA64(Intel Architecture 64,英特爾架構64)



這個也是來自Intel。當年X86過渡到64位指令集時,AMD彎道超車,最intel 聯合惠普推出了屬於自己的IA64指令集,但這也僅限於服務器上,也是Itanium安騰處理器的來歷(不過這是一個悲傷的故事,故事後期有機會展開結局就是2018年intel正式宣佈轉入停產退市進程)。

芯故事之漫談CPU框架

MIPS

(Microprocessor without interlockedpipedstages,無內部互鎖流水級的微處理器)

MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。其機制是儘量利用軟件辦法避免流水線中的數據相關問題。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學Hennessy教授領導的研究小組研製出來的。它採用精簡指令系統計算結構(RISC)來設計芯片,和Intel採用的複雜指令系統計算結構(CISC)相比,RISC具有設計更簡單、設計週期更短等優點,並可以應用更多先進的技術,開發更快的下一代處理器。MIPS是出現最早的商業RISC架構芯片之一,新的架構集成了所有原來MIPS指令集,並增加了許多更強大的功能

知名的事件:在2007年,中科院計算機研究所的龍芯處理器獲得了MIPS的全部專利、指令集授權,這個也是個憂傷的故事,當年intel的X86授權很嚴,能不能拿到是一回事,拿到了也要在intel給的框架下研發,談不上自主可控,這個背景下就放棄了,和MIPS能夠合作也是另一個故事了。

國內玩家:

龍芯,君正

今天也是ICCAD2019的第一天,看到了魏少軍教授關於我國集成電路設計業取得的成績算是期中考試合格,作為一個給祖國半導體事業一直在做貢獻的小編我,深感自豪,也會繼續全心全意支持祖國的半導體事業;

最後兩張圖可以涵蓋很多心聲和傳遞。

芯故事之漫談CPU框架

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