服务器、电脑、手机中最重要的电子部件是什么？是的，CPU处理器。它主要负责数据计算、控制功能，是最核心的部分。但是你知道有多少种CPU架构吗？主流X86和ARM的区别是什么？

以下是一些常见的CPU架构：

X86

1978年6月8日，英特尔发布了8086，这款史诗级CPU处理器正式拉开了X86架构传奇的序幕。8086是第一个引入X86作为计算机语言的指令集，定义了一些基本的使用规则。X86架构使用复杂指令集CISC。8086处理器的成功也使英特尔成为CPU巨头。如果你不熟悉8086，你一定听说过奔腾处理器。为了纪念8086K诞生40周年，英特尔今年发布了一款纪念限量版处理器酷睿i7-8086K。你听说过，对吧？

来自英特尔官方网站

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IA64 (Intel Architecture 64, Intel Architecture 64)

哇，IA64听起来很奇怪，是的，尽管它是英特尔的。但这次失败了。当X86向64位指令集过渡时，AMD意外地超越了它，AMD最终与惠普联合推出了自己的IA64指令集，但只针对服务器，这就是Itanium处理器的来源(现在已经冷了)。

来自x86-guide的图像

至于IA64是RISC还是CISC指令集的延续，很难说，但基于HP的IA64显式并行指令计算机(EPIC)，似乎更像是一个RISC系统。

MIPS (MIPS是一种没有联锁管级的微处理器)

它由斯坦福大学Hennessy教授的研究小组于20世纪80年代开发，使用精简指令系统计算架构(RISC)来设计芯片。与Intel采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比，RISC具有设计更简单、设计周期更短的优点，可以应用更先进的技术来开发速度更快的下一代处理器。MIPS是最早的商用RISC架构芯片之一。新的体系结构集成了所有原有的MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。MIPS自己设计CPU，然后将设计授权给客户，使他们能够构建高性能CPU。

也许使MIPS出名的是在2007年，当时中国科学院计算机科学研究所为其龙芯处理器授权了MIPS的全部专利和指令集，中国开始走上基于MIPS的CPU发展道路。

图片来自龙芯官网

PowerPC

PowerPC是一款基于RISC精简指令集的CPU，由蓝色巨人IBM与苹果和摩托罗拉合作开发。PowerPC架构最大的优点是具有非常好的灵活性，核数灵活，因此在嵌入式设备中具有很高的效率。它可以为服务器市场做超级多核，为手持电脑做双核。因此，它具有优良的性能，低能量损失和低热损失。

图片来自维基媒体

ARM (Advanced RISC Machine，精简指令集机)

ARM可以说是一种新兴的CPU架构，它采用了RISC精简指令集。此外，ARM已经发展到今天，在架构上非常灵活。它可以根据不同的应用场景使用不同的核心设计，因此可以广泛应用于嵌入式系统中。据统计，采用ARM架构的芯片年出货量高达200亿片。随着物联网时代的到来，对低功耗ARM芯片的需求将呈爆发式增长。

图片来自iFixit

CISC, RISC辩论

从上面我们知道，在漫长的历史中有很多CPU架构，它们之间的差异是非常大的。经过时间和用户的考验，我们接触到的CPU架构只有X86和ARM，根据最核心的不同可以分为两类，即“复杂指令集”和“简化指令集”系统。也就是我们经常看到的“CISC”和“RISC”。

理解X86和ARM CPU架构需要理解CISC复杂指令集和RISC精简指令集，因为它们之间的第一个区别是X86使用的是复杂指令集(CISC)，而后者使用的是精简指令集(RISC)。它们使用不同指令集的原因是设备、对象和性能要求不同。移动SoC一般采用ARM提供的核心作为基础，并根据自身需求改变SoC的核心架构。ARM正是RISC精简指令集的代表。CPU巨头Intel和AMD使用的X86架构已经使用了几十年，是CISC复杂指令集的典型代表。

CISC复杂指令系统旨在增强原有指令的功能，建立更加复杂的新指令，实现硬件上大量重复的软件功能。由于早期计算机的主机频率低，运行速度慢，为了提高计算速度，不得不在指令系统中加入更复杂的指令，以提高计算机的处理效率，慢慢形成了以台式计算机为首的复杂指令系统计算机。它的指令集也在不断的更新和增加，例如Intel在X299平台的处理器上增加了AVX 512指令集，以提高某一方面的性能。

CISC虽然可以实现高性能CPU的设计，但设计起来相当麻烦。庞大的硬件要保持正确的设计并不容易，还要保证性能得到提高。因此，桌面CPU的研发时间也逐渐变长。这时，以ARM为首的一些RISC简化指令系统计算机开始出现。

RISC可以说是从CISC中取其精华，去其糟粕，简化指令功能，缩短指令的平均执行周期，达到提高计算机工作主频的目的。同时引入了大量通用寄存器，减少了不必要的读写过程，提高了子例程的执行速度。这样可以缩短程序的运行时间，减少寻址，提高编译效率。最终达到高性能的目的。

这两个指令集总是努力在架构、操作性能、硬件和软件、编译时间、运行时间等方面取得平衡，以达到它们设计时要达到的效率。

图片来自新浪博客

功耗限制

从CISC和RISC的设计思想不难发现，它们走的是完全不同的道路。前者注重高性能，但带来了高功耗，而后者注重低功耗嵌入式，对于最强的性能来说不是太强。因此，我们也看到英特尔和AMD擅长设计超高性能的X86处理器，而高通和苹果则依靠ARM IP授权来设计高效的SoC芯片。

就像我们之前给出的例子一样，酷睿i7-8086K可以轻松运行95W的功耗，但是像高通骁龙845这样最顶级的SoC只有5W，只有1/19，主要是因为手机的尺寸越来越小，电池容量、能量密度的发展跟不上，手机使用ARM内核只能低功耗。

一般来说，处理器的功耗可以随着制造技术的进步而降低，但近年来，应用于移动设备的SoC往往首先采用更小的纳米工艺，比如骁龙845的10nm工艺，虽然有作弊成分，但进步速度比英特尔的10nm工艺快得多，此外，SoC也有相应的低功耗版本技术，所以无论是在设计上还是技术上的差异，ARM和X86的功耗差异很大。

大小内核架构

在过去，如果传统的X86 CPU是四核或双核，那么四个或两个内部内核是相同的。在这种情况下，软件一次只能调度一个核心，工作在高频状态，但由于架构的限制，其他核心也需要保持相同的高频高压状态，在空闲工作中浪费了大量的能量。后来又开发了异步多核，允许不同的核以不同的频率工作，以换取更低的功耗。

由于移动设备更注重功耗，ARM采取了更激进的方法，在其8个核心中允许不同的Cortex-A内核，被称为ARM bigLITTLE。这样一个或大或小的核心设计的目的很明确，就是在有限的电池容量下兼顾性能和电池寿命的需求。因此，SoC内部的CPU采用异构计算，具有高性能和小功耗的核心。

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芯片设计师可以根据自己的需求设计出有针对性的产品。比如高通骁龙845、华为麒麟970、联发科Helio X30都是bigLITTLE架构。这样，如果你只是刷微博和朋友圈，只需要用一个小核就能完成任务。打《绝地求生》吃鸡的游戏可将大小核全开，这样才能保证性能和耐力的平衡。

因此，ARM的bigLITTLE异步多核架构非常值得借鉴。甚至有传言称，英特尔将在第10代酷睿处理器Lakefield中使用该技术。大的高性能核心是Ice lake(下一代core)，小的低功耗核心是Tremont(下一代Atom)。因此，整体功耗控制在35W以内，适用于二合一笔记本。

ARM和X86也可以相互集成

在之前的文章《手机SoC与电脑的CPU性能究竟差多少？》中，我们已经总结了RISC和CISC各自的优势。目前，RISC和RISC之间的界限已经逐渐模糊。现代cpu通常采用CISC的外围，并在内部添加一些RISC的特性。这也是英特尔处理器开始采用RISC的一个很好的例子。也就是说，未来CPU的发展方向之一是将CISC和RISC融合，在软硬件上相互学习，进一步提高处理器的并行性和技术水平。

X86和ARM在性能和功耗方面都有优势。尽管ARM一直想要进入高性能服务器市场，但它一直承诺很大，但行动很少。不久前，想要挑战英特尔服务器地位的高通直接裁掉了50%的服务器部门，并让出了技术副总裁。ARM处理器也有望实现X86处理器的高性能，从而可以用于移动笔记本电脑，比如刚刚推出的高通骁龙835 Windows笔记本电脑，但评价和反应平平；英特尔使用Atom(一种X86架构)来制造移动soc，但却输给了ARM数十亿美元，最终扼杀了这个项目，转而制造X86处理器。

因此，ARM和X86都在各自的领域站稳了脚跟。由于一开始的设计理念不同，很难渗透到彼此的领域。我们只能说，我们一直在努力，将来它们之间的差距可能会缩小。