CPU架構(gòu)是CPU廠商給屬于同一系列的CPU產(chǎn)品定的一個(gè)規(guī)范,主要目的是為了區(qū)分不同類型CPU的重要標(biāo)示。目前市面上的CPU指令集分類主要分有兩大陣營,一個(gè)是intel、AMD為首的復(fù)雜指令集CPU,另一個(gè)是以IBM、ARM為首的精簡指令集CPU。兩個(gè)不同品牌的CPU,其產(chǎn)品的架構(gòu)也不相同,例如,Intel、AMD的CPU是X86架構(gòu)的,而IBM公司的CPU是PowerPC架構(gòu),ARM公司是ARM架構(gòu)。
CPU架構(gòu)主要有:X86/Atom、ARM、MIPS等等
1)X86則是基于復(fù)雜指令集(CISC,Complex Instruction Set Computer)的架構(gòu),Atom是x86或者是x86指令集的精簡版。
其中,ARM在智能手機(jī)、平板上一枝獨(dú)秀。
2)ARM/MIPS/PowerPC均是基于精簡指令集(RISC,Reduced Instruction Set Computing)機(jī)器處理器的架構(gòu);
1)ARM+Android 最早發(fā)展、完善的支持,主要在手機(jī)市場、上網(wǎng)本、智能等市場;
2)X86+Android 有比較完善的發(fā)展。有atom+Android的上網(wǎng)本,且支持Atom+Android 和 Atom+Window7雙系統(tǒng);
3)MIPS+Android 目前在移植、完善過程中;
4)Powpc+Android 目前在移植、完善過程中。
x86系列/Atom處理器
xx86或80x86是英代爾Intel首先開發(fā)制造的一種微處理器體系結(jié)構(gòu)的泛稱。
x86架構(gòu)是重要地可變指令長度的CISC(復(fù)雜指令集電腦,Complex Instruction Set Computer)。
Intel Atom是Intel的一個(gè)超低電壓處理器系列。處理器采用45納米工藝制造,集成4700萬個(gè)晶體管。L2緩存為512KB,支持SSE3指令集,和VT虛擬化技術(shù)(部份型號)。
ARM系列
ARM架構(gòu),過去稱作進(jìn)階精簡指令集機(jī)器(Advanced RISC Machine,更早稱作:Acorn RISC Machine),是一個(gè)32位精簡指令集(RISC)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。
在今日,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(PDA、移動(dòng)電話、多媒體播放器、掌上型電子游戲,計(jì)算機(jī))到電腦外設(shè)(硬盤、桌上型路由器)甚至在導(dǎo)彈的彈載計(jì)算機(jī)等軍用設(shè)施中都有他的存在。在此還有一些基于ARM設(shè)計(jì)的派生產(chǎn)品,重要產(chǎn)品還包括Marvell 的XScale架構(gòu)和德州儀器的OMAP系列。
優(yōu)勢:價(jià)格低;能耗低
ARM 授權(quán)方式:ARM 公司本身并不靠自有的設(shè)計(jì)來制造或出售 CPU ,而是將處理器架構(gòu)授權(quán)給有興趣的廠家。ARM 提供了多樣的授權(quán)條款,包括售價(jià)與散播性等項(xiàng)目。對于授權(quán)方來說,ARM 提供了 ARM 內(nèi)核的整合硬件敘述,包含完整的軟件開發(fā)工具(編譯器、debugger、SDK),以及針對內(nèi)含 ARM CPU 硅芯片的銷售權(quán)。對于無晶圓廠的授權(quán)方來說,其希望能將 ARM 內(nèi)核整合到他們自行研發(fā)的芯片設(shè)計(jì)中,通常就僅針對取得一份生產(chǎn)就緒的智財(cái)核心技術(shù)(IP Core)認(rèn)證。
對這些客戶來說,ARM 會(huì)釋出所選的 ARM 核心的閘極電路圖,連同抽象模擬模型和測試程式,以協(xié)助設(shè)計(jì)整合和驗(yàn)證。需求更多的客戶,包括整合元件制造商(IDM)和晶圓廠家,就選擇可合成的RTL(暫存器轉(zhuǎn)移層級,如 Verilog)形式來取得處理器的智財(cái)權(quán)(IP)。借著可整合的 RTL,客戶就有能力能進(jìn)行架構(gòu)上的最佳化與加強(qiáng)。這個(gè)方式能讓設(shè)計(jì)者完成額外的設(shè)計(jì)目標(biāo)(如高震蕩頻率、低能量耗損、指令集延伸等)而不會(huì)受限于無法更動(dòng)的電路圖。雖然 ARM 并不授予授權(quán)方再次出售 ARM 架構(gòu)本身,但授權(quán)方可以任意地出售制品(如芯片元件、評估板、完整系統(tǒng)等)。商用晶圓廠是特殊例子,因?yàn)樗麄儾粌H授予能出售包含 ARM 內(nèi)核的硅晶成品,對其它客戶來講,他們通常也保留重制 ARM 內(nèi)核的權(quán)利。
生產(chǎn)廠商:TI (德州儀器),Samsung(三星),F(xiàn)reescale,Marvell,Nvidia(英偉達(dá))等等。
MIPS系列
MIPS(Microprocessor without interlocked piped stages,“無內(nèi)部互鎖流水級的微處理器”),是世界上很流行的一種精簡指令集RISC處理器,其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學(xué)Hennessy教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎(chǔ)上開發(fā)的RISC工業(yè)產(chǎn)品的微處理器。這些系列產(chǎn)品為很多計(jì)算機(jī)公司采用構(gòu)成各種工作站和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
MIPS技術(shù)公司是美國著名的芯片設(shè)計(jì)公司,它采用精簡指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(RISC)來設(shè)計(jì)芯片。和英特爾采用的復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(CISC)相比,RISC具有設(shè)計(jì)更簡單、設(shè)計(jì)周期更短等優(yōu)點(diǎn),并可以應(yīng)用更多先進(jìn)的技術(shù),開發(fā)更快的下一代處理器。MIPS是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構(gòu)芯片之一,新的架構(gòu)集成了所有原來MIPS指令集,并增加了許多更強(qiáng)大的功能。MIPS自己只進(jìn)行CPU的設(shè)計(jì),之后把設(shè)計(jì)方案授權(quán)給客戶,使得客戶能夠制造出高性能的CPU。
1984年,MIPS計(jì)算機(jī)公司成立,開始設(shè)計(jì)RISC處理器;
1986年推出R2000處理器。
1992年,SGI收購了MIPS計(jì)算機(jī)公司。
1988年推R3000處理器。
1991年推出第一款64位商用微處器R4000;之后又陸續(xù)推出R8000(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型號。
1998年,MIPS脫離SGI,成為MIPS技術(shù)公司;隨后,MIPS公司的戰(zhàn)略發(fā)生變化,把重點(diǎn)放在嵌入式系統(tǒng);1998年-MIPS科技股票在美國納斯達(dá)克股票交易所公開上市。
1999年,MIPS公司發(fā)布MIPS32和MIPS64架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),為未來MIPS處理器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。新的架構(gòu)集成了所有原來NIPS指令集,并且增加了許多更強(qiáng)大的功能。MIPS公司陸續(xù)開發(fā)了高性能、低功耗的32位處理器內(nèi)核(core)MIPS324Kc與高性能64位處理器內(nèi)核MIPS64 5Kc。
2000年,MIPS公司發(fā)布了針對MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc處理器內(nèi)核。
2007年8月16日-MIPS科技宣布,中科院計(jì)算機(jī)研究所的龍芯中央處理器獲得其處理器IP的全部專利和總線、指令集授權(quán)。
2007年12月20日-MIPS科技宣布,揚(yáng)智科技已取得其針對先進(jìn)多媒體所設(shè)計(jì)的可定制化系統(tǒng)單芯片(SoC)核心“MIPS32 24KEc Pro”授權(quán)。
PowerPC系列
PowerPC 是一種精簡指令集(RISC)架構(gòu)的中央處理器(CPU),其基本的設(shè)計(jì)源自IBM(國際商用機(jī)器公司)的IBM PowerPC 601 微處理器POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC;《IBM Connect 電子報(bào)》2007年8月號譯為“增強(qiáng)RISC性能優(yōu)化”)架構(gòu)。
二十世紀(jì)九十年代,IBM(國際商用機(jī)器公司)、Apple(蘋果公司)和Motorola(摩托羅拉)公司開發(fā)PowerPC芯片成功,并制造出基于PowerPC的多處理器計(jì)算機(jī)。PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活。
PowerPC 處理器有廣泛的實(shí)現(xiàn)范圍,包括從諸如 Power4 那樣的高端服務(wù)器 CPU 到嵌入式 CPU 市場(任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC)。PowerPC 處理器有非常強(qiáng)的嵌入式表現(xiàn),因?yàn)樗哂袃?yōu)異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。除了象串行和以太網(wǎng)控制器那樣的集成 I/O,該嵌入式處理器與“臺(tái)式機(jī)”CPU 存在非常顯著的區(qū)別。
GPU英文全稱Graphic Processing Unit,中文翻譯為“圖形處理器”。(圖像處理單元)GPU是相對于CPU的一個(gè)概念。GPU是顯卡的“心臟”,也就相當(dāng)于CPU在電腦中的作用,它決定了該顯卡的檔次和大部分性能,同時(shí)也是2D顯示卡和3D顯示卡的區(qū)別依據(jù)。
高通的Adreno
作為屈指可數(shù)(如果不是唯一一個(gè))可以自己改進(jìn)ARM指令的移動(dòng)處理器廠商,說高通是安卓陣營移動(dòng)處理器一哥估計(jì)沒人會(huì)反對,再加上高通的3G技術(shù)及基帶上的優(yōu)勢,高通處理器絕對是近年來最熱門的選擇之一,順帶著也把高通的Adreno圖形核心帶火了。
跟ARM親生的兒子Mali不同,高通的Adreno其實(shí)是領(lǐng)養(yǎng)的,Adreno原本是ATI旗下的移動(dòng)GPU部門,當(dāng)時(shí)叫做Imageon,主要為當(dāng)時(shí)的掌上平臺(tái)提供圖形核心,2006年AMD收購了ATI,Imageon部分也進(jìn)入了AMD公司。收購ATI之后AMD就進(jìn)行了改組,Imageon部分很不幸地成為多余資產(chǎn),最終在2008年末被高通以區(qū)區(qū)6500萬美元的代價(jià)買走,現(xiàn)在就是高通的Adreno圖形部門了。(不知道AMD看到現(xiàn)在的情況是否會(huì)后悔?)
ARM公司的Mali
RM公司不僅提供ARM處理器授權(quán),他們也有一整套GPU授權(quán)方案——Mali。由于親生的血緣關(guān)系,Mali在好爸爸ARM的幫助下也攻城掠地,很多不具備獨(dú)立開發(fā)GPU技術(shù)的芯片供應(yīng)商都直接使用了ARM處理器+Mali GPU的設(shè)計(jì),比如三星、瑞芯微、展訊、意法半導(dǎo)體、全志等,其中三星和全志還是出貨量大戶,所以Mali GPU的份額和出貨量可不低。
說到Mali的歷史,ARM原本也是沒有GPU授權(quán)的,此前他們也是使用Imagination的GPU核心,Mali其實(shí)是源于2006年收購的一家挪威特隆赫姆地區(qū)的移動(dòng)GPU芯片廠商Falanx,ARM公司的Mali GPU開發(fā)中心也就落戶在哪里,現(xiàn)在Mali已經(jīng)變成了ARM的親兒子了。
NVIDIA(主要是PC市場,移動(dòng)市場也有)
現(xiàn)在最大的獨(dú)立顯卡生產(chǎn)銷售商。
NVIDIA也同樣銷售固化在主板上的集成顯卡,這些顯卡隨著主板一起發(fā)售,但是由于AMD兼并ATI后自身主板芯片能力提高,NV主板如日中天的景象已經(jīng)失去了半壁江山。
Vivante的GCxx
與PowerVR、Mali、Adreno等明星相比,Vivante公司的GC系列GPU核心就不太為人熟知了,就連市場份額比它少的Tegra系列都比Vivante知名。去年讓Vivante露一大臉的是華為旗下的海思K3V2,這顆號稱“世界最快四核”的移動(dòng)處理器在華為去年的Ascend D1四核、榮耀2四核以及今年初的Ascend D2、6.1寸超大屏的Mate上全面應(yīng)用,其16核GPU實(shí)際上就源于Vivante的GC系列GPU。
Vivante其實(shí)還是挺有資本的,創(chuàng)立于2004年,創(chuàng)始人好像還是個(gè)華裔,他們專注于移動(dòng)GPU市場,2010年的時(shí)候就有超過40家授權(quán)單位,主要客戶有Marvell、飛思卡爾等,很多人不知道的是國內(nèi)的瑞芯微電子的RK2918以及自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)明星“龍芯-2H”使用的也是Vivante的GPU核心。
AMD(ATI)(主要PC市場)
世界上第二大的獨(dú)立顯卡生產(chǎn)銷售商,他的前身就是ATI。
他的顯卡主要就是大家熟悉的HD系列。由于AMD兼并ATI后,其主板市場迅速擴(kuò)大,已經(jīng)奪取了NVIDIA在AMD處理器主板的半壁江山。就發(fā)售量和發(fā)售盈利方面,AMD顯卡方面仍然略輸于NVIDIA,不過兩者不相伯仲。
Intel(主要是PC市場)
Intel不但是世界上最大的CPU生產(chǎn)銷售商,也是世界最大的GPU生產(chǎn)銷售商。Intel的GPU在現(xiàn)在完全是集成顯卡,用于Intel的主板和Intel的筆記本。
現(xiàn)如今,在移動(dòng)處理器市場中主要的廠家有:
出手不凡的大廠:蘋果、高通、三星、英特爾
退出市場:TI、NVIDIA
國產(chǎn)廠商:華為海思、展訊、全志、瑞芯微、炬力
國產(chǎn)計(jì)算機(jī)處理器廠商:中科龍芯、申威、飛騰、中晟宏芯、兆芯、海光
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