“在“算力時(shí)代”，數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展下數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)價(jià)值凸顯，從數(shù)據(jù)的產(chǎn)生到數(shù)據(jù)的傳輸、再到計(jì)算、處理，都離不開計(jì)算芯片，影響著計(jì)算芯片的芯片架構(gòu)到底是什么？有什么作用？今天我們來說說信息技術(shù)中很重要的一個(gè)名詞：芯片架構(gòu)。

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芯片架構(gòu)是什么？

芯片架構(gòu)是指對(duì)芯片的類別和屬性的描述。架構(gòu)一詞還和語境有關(guān)，提到soc時(shí)，一般指嵌入式處理核心的類型。提到X86和ARM時(shí)，指的是指令集。

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架構(gòu)對(duì)芯片有什么作用？

芯片架構(gòu)是芯片設(shè)計(jì)中的核心環(huán)節(jié)，對(duì)芯片的重要影響有：

1、芯片架構(gòu)的設(shè)計(jì)直接決定了芯片能夠執(zhí)行什么樣的功能、處理速度和效率；

2、不同的芯片架構(gòu)在實(shí)現(xiàn)相同功能時(shí)，所需要的硬件復(fù)雜程度、制造成本、功耗等方面都有所不同；

3、芯片架構(gòu)的設(shè)計(jì)也決定了芯片與外部組件之間的連接方式，包括通信接口、數(shù)據(jù)傳輸速度等。

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主流的芯片架構(gòu)有哪些？

目前，全球主流的芯片架構(gòu)類型包括ARM架構(gòu)、X86架構(gòu)、MIPS架構(gòu)、RISC-V架構(gòu)。這些架構(gòu)在性能、功耗、智能化等方面各有優(yōu)勢和特色，為各種應(yīng)用場景提供了廣闊的選擇空間。

主流架構(gòu)1：ARM架構(gòu)

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ARM是高級(jí)精簡指令集的簡稱，是一個(gè)32位的精簡指令集處理器架構(gòu)。其架構(gòu)圖如下：

架構(gòu)優(yōu)勢

①體積小、低功耗、低成本、高性能——主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其適合移動(dòng)通訊領(lǐng)域的需求。ARM被廣泛應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中的最重要的原因：支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
②大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；

③尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；

④Load_store結(jié)構(gòu)：在RISC中，所有的計(jì)算都要求在寄存器中完成。而寄存器和內(nèi)存的通信則由單獨(dú)的指令來完成。而在CSIC中，CPU是可以直接對(duì)內(nèi)存進(jìn)行操作的。

主流架構(gòu)2：X86架構(gòu)

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X86架構(gòu)（The X86 architecture）是微處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語言指令集，指一個(gè)intel通用計(jì)算機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)縮寫，也標(biāo)識(shí)一套通用的計(jì)算機(jī)指令集合。其PC架構(gòu)如下圖所示：

架構(gòu)優(yōu)勢

①兼容性強(qiáng)：X86架構(gòu)的兼容性極強(qiáng)，幾乎所有基于X86架構(gòu)的電腦都可以運(yùn)行同樣的指令，這使得X86架構(gòu)的電腦在軟件兼容性方面具有優(yōu)勢。

②性能穩(wěn)定：X86架構(gòu)的電腦在運(yùn)行速度和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)較好，能夠滿足大部分用戶的需求。

③廣泛支持：X86架構(gòu)的電腦得到了眾多軟件開發(fā)商的支持，擁有大量的軟件資源，用戶可以輕松找到適合自己需求的軟件。

④成熟的生態(tài)系統(tǒng)：X86架構(gòu)的電腦擁有成熟的生態(tài)系統(tǒng)，包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、硬件驅(qū)動(dòng)等，為用戶提供了全方位的支持和服務(wù)。

主流架構(gòu)3：MIPS架構(gòu)

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MIPS架構(gòu)是一種采取精簡指令集（RISC）的處理器架構(gòu)，1981年出現(xiàn)，由MIPS科技公司開發(fā)并授權(quán)，它是基于一種固定長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。

架構(gòu)優(yōu)勢

①支持64bit指令和操作

②有專門的除法器，可以執(zhí)行除法指令

③MIPS的內(nèi)核寄存器更多，功耗更低，更靈活

主流架構(gòu)4：RISC-V架構(gòu)

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RISC-V是一個(gè)基于精簡指令集計(jì)算（RISC）架構(gòu)的開放式指令集（ISA）。

架構(gòu)優(yōu)勢

①開放性強(qiáng)：RISC-V是一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，任何人都可以自由使用和實(shí)現(xiàn)它，這使得RISC-V在開發(fā)者之間具有很高的互操作性，有助于推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

②高度簡潔和靈活：RISC-V指令集非常簡潔，具有高度的可編程性和靈活性，這使得它容易學(xué)習(xí)、理解和實(shí)現(xiàn)。

③可擴(kuò)展性強(qiáng)：RISC-V的指令集具有可擴(kuò)展性，可以通過添加新的擴(kuò)展指令集，從而實(shí)現(xiàn)更多的功能和性能提升。

④應(yīng)用范圍廣：RISC-V適用于各種硬件和軟件場景，有大量的開源實(shí)現(xiàn)和流片案例，得到了廣泛的支持和應(yīng)用。

小結(jié)

在歷史的長河中，芯片架構(gòu)一直被兩大陣營所壟斷，一個(gè)是X86架構(gòu)，另一個(gè)是ARM架構(gòu)，也是目前市場份額最大的兩大架構(gòu)。近年來，中國芯片架構(gòu)屢屢取得重要突破，比如華為的達(dá)芬奇架構(gòu)；相信在不久的將來，國產(chǎn)化芯片產(chǎn)業(yè)將更加欣欣向榮！