CPU架构解析：ARM和x86大比拼

信不信，随便逮住一个人问他知不知道CPU，我想他的答案一定会是肯定的，但是如果你再问他知道ARM和X86架构么？这两者的区别又是什么？绝大多数的人肯定一脸茫然。今天小编就带你深入了解CPU的这两大架构。

重温下CPU是什么：中央处理单元（CPU）主要由运算器、控制器、寄存器三部分组成。运算器起着运算的作用，控制器负责发出CPU每条指令所需要的信息，寄存器保存运算或者指令的一些临时文件，这样可以保证更高的速度。

CPU有着处理指令、执行操作、控制时间、处理数据四大作用。打个比喻来说，CPU就像我们的大脑，帮我们完成各种各样的生理活动。因此如果没有CPU，那么电脑就是一堆废物，无法工作。移动设备其实很复杂，这些CPU需要执行数以百万计的指示，才能使它向我们期待的方向运行，而CPU的速度和功率效率是至关重要的。速度影响用户体验，而效率影响电池寿命。最完美的移动设备是高性能和低功耗相结合。

要了解X86和ARM，就得先了解复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）。从CPU发明到现在，有非常多种架构，从我们熟悉的X86、ARM，到不太熟悉的MIPS、IA64，它们之间的差距都非常大。但是如果从最基本的逻辑角度来分类的话，它们可以被分为两大类，即所谓的"复杂指令集"与"精简指令集"系统，也就是经常看到的"CISC"与"RISC"。Intel和ARM处理器的第一个区别是，前者使用复杂指令集（CISC），而后者使用精简指令集（RISC）。

x86：Intel一家独大。提到芯片巨头英特尔，每一个互联网用户应该都不会感到陌生，英特尔的CPU制造技术冠绝全球。事情要从1978年6月8日说起，Intel发布了一款新型的微处理器"8086"。这款处理器在新出现时并没有得到什么关注，可是它却创造了一个新的时代。8086意味着x86架构的诞生，而x86作为特定微处理器执行计算机语言的指令集，定义了芯片的基本使用规则。8086也直接带动了Intel成为全球首屈一指的芯片巨头。

而x86不仅仅使Intel平步青云，也成为了业界的一种标准。在过去的几十年里，无论是笔记本、服务器、超级计算机还是编写设备，都可以看到x86的身影。而且，x86架构还在通过不同的方法进行改进，无论AMD、VIA都可以通过X86指令集的弹性来对付Intel，迫使x86进行改变。

通过几十年的技术积累，x86服务器在服务器领域的地位几乎是独孤求败。小巧灵活的x86服务器在市场上应用十分广泛，互联网以及局域网内的文件、打印、通讯、web、电子邮件、数据库以及应用服务等多个领域都可以一展身手。x86服务器最大的特色在于可以兼容Windows操作系统，全部都采用了Intel的CPU。目前奔腾系列的CPU包括Pentium、Pentium MMX、Pentium Pro、PII、PII Xeon（至强）、PIII、PIII Xeon、P4 Xeon、Celeron2（赛扬）等。

x86：40多年一路坚持。x86老么？从时间上来看，确实老了。x86从1978年至今已经将近40年。可经过各种风云变幻之后，x86依然是服务器行业绝对的领导者。而且现在x86也是整个行业的标杆，从技术上来看x86从未落后过，只不过是和其他架构的服务器相比差距大小是否被拉近了。

从指令集架构来看，CISC确实是有些陈旧了。即便是Intel也已经承认，CISC架构确实限制了CPU的发展。在CISC微处理器程序的各条指令相互串联执行，指令操作也需要串行执行，按照这种方式来进行任务执行，其控制当然十分简单，但计算机的整体利用率却被拖了后腿，执行速度相对偏慢。这也是CISC架构为中低档服务器所采用的原因之一。

ARM：移动端异军突起。在PC领域，Intel的CPU一枝独秀。而在移动端呢？那就当属ARM了。ARM全称为Advanced RISC Machine，也就是进阶精简指令集机器。ARM是RISC微处理器的代表作之一，其广泛地在嵌入式系统设计中被使用。而且ARM处理器最大的特点在于节能，这也是其在移动通信领域无人能敌的原因之一。

打造ARM64位服务器：在过去，ARM专注于发展32位架构，在移动端称霸多年。而在PC和服务器领域，Intel的市场也让ARM十分眼红。ARM于2011年底发布的ARMv8为其首款64位处理器，而戴尔在2013年发布了其首款基于ARM64位构架的服务器，相应的服务器解决方案也被开发出来。

专家认为，尽管Intel的x86处理器在服务器领域依然无敌，但64位的ARM构架应该可以找到自己的一席之地，ARM在内存和网络接口同计算核心间的距离会被尽可能的拉近，并借此承载起密度极高的大量计算进程，这种特性与Web服务器及其应用十分契合。

在服务器领域，Intel的芯片也有很多水土不服的领域，比如内存容量、I/O和处理性能不成比例时，ARM处理器的表现会更加合格。ARM处理器的ISA复杂程度要低很多，开发成本也要低，相应的，ARM服务器厂商针对这些应用场景所开发的服务器也就拥有了打败Intel的前提条件。

而Intel是不会轻易放手的，在服务器领域，其工艺对ARM保持领先，其处理器性能也远高于ARM处理器，可在功耗方面一直是Intel的一个心病。此外，Intel也想进军移动端，要打败ARM，在低功耗的服务器领域发力便是一个好的选择。采用了14nm工艺的Xeon-D，其包括的2个1.4G的Broadwell内核和GPU的功耗才仅仅为6W，在性能功耗比方面比ARM要高出不少。

ARM与X86大比拼：1、制造工艺。ARM和Intel处理器的一大区别是ARM从来只是设计低功耗处理器，Intel的强项是设计超高性能的台式机和服务器处理器。一直以来，Intel都是台式机的服务器行业的老大。然而进入移动行业时，Intel依然使用和台式机同样的复杂指令集架构，试图将其硬塞入给移动设备使用的体积较小的处理器中。但是Intel i7处理器平均发热率为45瓦。基于ARM的片上系统的发热率最大瞬间峰值大约是3瓦，约为Intel i7处理器的1/15。其最新的Atom系列处理器采用了跟ARM处理器类似的温度控制设计，为此Intel必须使用最新的22纳米制造工艺。

2、64位计算。对于64位计算，ARM和Intel也有一些显著区别。Intel并没有开发64位版本的x86指令集。64位的指令集名为x86-64（有时简称为x64），实际上是AMD设计开发的。Intel想做64位计算，它知道如果从自己的32位x86架构进化出64位架构，新架构效率会很低，于是它搞了一个新64位处理器项目名为IA64，由此制造出了Itanium系列处理器。而ARM在看到移动设备对64位计算的需求后，于2011年发布了ARMv8 64位架构。ARMv8使用了两种执行模式，AArch32和AArch64，顾名思义，一个运行32位代码，一个运行64位代码。ARM设计的巧妙之处，是处理器在运行中可以无缝地在两种模式间切换。

3、异构计算。ARM的big.LITTLE架构是一项Intel一时无法复制的创新。在big.LITTLE架构里，处理器可以是不同类型的。传统的双核或者四核处理器中包含同样的2个核或者4个核。ARM通过big.LITTLE向移动设备推出了异构计算。这意味着处理器中的核可以有不同的性能和功耗。当设备正常运行时，使用低功耗核，而当你运行一款复杂的游戏时，使用的是高性能的核。

那为什么反而ARM的比X86耗电少得多呢？这就和另外一个因素相关了，那就是设计。设计又分为前端和后端设计，前端设计体现了处理器的构架，精简指令集和复杂指令集的区别是通过前端设计体现的。后端设计处理电压、时钟等问题，是耗电的直接因素。

ARM的处理器有个特点，就是乱序执行能力不如X86。X86为了增强对随机操作的处理能力，加强了乱序指令的执行，还增强了单核的多线程能力。这样做的缺点就是，无法很有效地关闭和恢复处理器子模块，从而造成低性能。为了保持高性能，就不得不让大部分的模块都保持开启，这样做的直接后果就是耗电高。而ARM的指令强在确定次序的执行，并且依靠多核而不是单核多线程来执行，容易保持子模块和时钟信号的关闭，显然就更省电。

ARM和X86现在发展如何？关于X86架构和ARM架构这两者谁将统一市场的争执一直都有，但是也有人说这两者根本不具备可比性，X86无法做到ARM的功耗，而ARM也无法做到X86的性能。现在ARM架构已经具备了进入服务器芯片的能力，众多芯片研发企业纷纷采用ARM架构研发服务器芯片无疑将促进其繁荣。随着移动网络和互联网融合互通日趋明显，ARM发展后台数据中心已经是大势所趋，无论是ARM还是Intel，双方都没有任何退路可言。