造芯的第一步選對(duì)芯片架構(gòu)

　　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(jì)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(shuō)CPU，因?yàn)榧軜?gòu)的發(fā)明離不開(kāi)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(yùn)算器和高速緩沖存儲(chǔ)器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線(xiàn)。CPU的核心是各種類(lèi)型的芯片，芯片架構(gòu)是造芯的第一步。目前市場(chǎng)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(diǎn)

　　X86是微處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言指令集，指一個(gè)intel通用計(jì)算機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)縮寫(xiě)，也標(biāo)識(shí)一套通用的計(jì)算機(jī)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(shí)開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新時(shí)代：x86架構(gòu)誕生了。X86指令集是美國(guó)Intel公司為其第一塊16位CPU(i8086)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的，美國(guó)IBM公司1981年推出的世界第一臺(tái)PC機(jī)中的CPU--i8088(i8086簡(jiǎn)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(yùn)行以往開(kāi)發(fā)的各類(lèi)應(yīng)用程序以保護(hù)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(gè)32位精簡(jiǎn)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(jì)。由于節(jié)能的特點(diǎn)，ARM處理器非常適用于移動(dòng)通訊領(lǐng)域，符合其主要設(shè)計(jì)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(fèi)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(jì)算機(jī)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(dòng)、低功耗領(lǐng)域，因此在設(shè)計(jì)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(jiǎn)指令集計(jì)算(RISC)原理建立的開(kāi)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(kāi)源，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于移植Unix系統(tǒng)，模塊化設(shè)計(jì)，完整工具鏈，同時(shí)有大量的開(kāi)源實(shí)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(duì)較晚，但發(fā)展很快。它可以根據(jù)具體場(chǎng)景選擇適合指令集的指令集架構(gòu)。基于RISC-V指令集架構(gòu)可以設(shè)計(jì)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(jiǎn)指令集(RISC)的處理器架構(gòu)，1981年出現(xiàn)，由MIPS科技公司開(kāi)發(fā)并授權(quán)，它是基于一種固定長(zhǎng)度的定期編碼指令集，并采用導(dǎo)入/存儲(chǔ)(load/store)數(shù)據(jù)模型。經(jīng)改進(jìn)，這種架構(gòu)可支持高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)化執(zhí)行。其算術(shù)和邏輯運(yùn)算采用三個(gè)操作數(shù)的形式，允許編譯器優(yōu)化復(fù)雜的表達(dá)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(gè)人娛樂(lè)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(méi)有所謂的“萬(wàn)能芯片架構(gòu)”

　　每一種架構(gòu)都有自己的優(yōu)勢(shì)和不足，天下并沒(méi)有所謂的“萬(wàn)能芯片架構(gòu)”。如X86架構(gòu)是英特爾和AMD的“專(zhuān)屬”，在PC市場(chǎng)上獨(dú)霸多年，地位不可撼動(dòng);ARM的架構(gòu)在移動(dòng)端和便捷設(shè)備上有著不可替代的優(yōu)勢(shì);MIPS架構(gòu)的處理器在網(wǎng)關(guān)、機(jī)頂盒等市場(chǎng)上非常受歡迎;RiSC-V架構(gòu)雖然出來(lái)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(chǎng)份額最大的兩大架構(gòu)，它們有著各自的特點(diǎn)和市場(chǎng)。目前在移動(dòng)領(lǐng)域上ARM架構(gòu)占主流，X86架構(gòu)也占有一定的市場(chǎng)份額。X86架構(gòu)由于其封閉性，相對(duì)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(dòng)市場(chǎng)，如其推出的X86架構(gòu)凌動(dòng)系列處理器，在速度、視頻體驗(yàn)、兼容性等方面表現(xiàn)優(yōu)異。