Además de la arquitectura ARM, ¿hay otras? ¿Es posible desarrollar una arquitectura mejor que ARM?
La arquitectura de un chip es como la estructura del marco de una casa. El marco es la clave para diseñar una casa. Lo mismo ocurre con la fabricación de chips. Debes elegir la arquitectura antes de diseñar. Actualmente, además de la arquitectura ARM, también existen X86, RISC-V y MIPS.
Introducción básica y características de las cuatro arquitecturas principales
1. X86 se utiliza principalmente en CPU del lado de la PC. Fue inventado en 1978 y actualmente es operado principalmente por Intel. utilizado en CPU Intel y AMD, que se caracteriza por su alto rendimiento, velocidad rápida y buena compatibilidad.
2. La arquitectura ARM es un conjunto de instrucciones de 32 bits inventado por la empresa británica Acorn en 1983. Se caracteriza por su bajo costo y bajo consumo de energía. Es ampliamente utilizado en dispositivos móviles por clientes como. Apple, Samsung, Huawei y Qualcomm en comunicaciones y sistemas integrados.
3. La arquitectura RISC-V es un conjunto de instrucciones de código abierto que comenzó relativamente tarde y fue inventada por la Fundación RISC-V en 2014. Se caracteriza por su modularidad, simplificación y escalabilidad. Puede diseñar conjuntos de instrucciones apropiados según el escenario. Sus usuarios incluyen Samsung, NVIDIA, Western Digital, etc., y se utiliza en CPU de control industrial, electrodomésticos, servidores y sensores. y otros productos.
4. La arquitectura MIPS es un conjunto de instrucciones reducido, inventado por MIPS en 1971. Se caracteriza por su simplicidad, optimización conveniente y alta escalabilidad. El principal producto representativo es Loongson.
La arquitectura ARM representa el 95% del mercado de chips y ha formado una cadena ecológica completa.
ARM tiene una participación del 95% del mercado de chips móviles y gana tarifas de patentes a través de licencias. año los ingresos alcanzaron los 1.600 millones de dólares. El uso de la arquitectura ARM requiere autorización. Actualmente, todos los chips diseñados en todo el mundo se basan en el plan de la compañía ARM, y el software desarrollado también está diseñado de acuerdo con este plan, por lo que varios teléfonos móviles no tendrán problemas de compatibilidad después de muchos años. Ha formado un sistema arquitectónico completo.
Además de la arquitectura ARM, se espera que la arquitectura RISC-V que aún está en desarrollo sea un desafío, pero es muy difícil
Además de la arquitectura ARM, RISC -Se espera que la arquitectura V que aún está en desarrollo desafíe a la competencia. Debido a que las tarifas de licencia de ARM continúan aumentando, el gobierno indio ha ayudado vigorosamente en el desarrollo de RISC-V y mi país también lo ha incluido como objeto de investigación en Shanghai. Más de 160 empresas, incluida la Academia de Ciencias de China, se han unido. investigación científica. Este conjunto de instrucciones de código abierto ha atraído la atención de todos y ha ejercido mucha presión sobre ARM. ARM es un conjunto de instrucciones cerrado que no se puede cambiar a voluntad y la arquitectura no es lo suficientemente flexible. Sin embargo, los diseñadores de RISC-V de código abierto pueden personalizar y cambiar libremente el conjunto de instrucciones según las diferentes necesidades. La arquitectura RISC-V es una estrella en ascenso, todavía se encuentra en la etapa de desarrollo y no se ha puesto en uso oficialmente. No puede establecer un ecosistema completo y carece del apoyo de las grandes empresas. puede competir con ARM.
Actualmente, las arquitecturas de procesador más utilizadas incluyen ARM, x86, MIPS, RISC-V, etc., que se dividen en CISC y RISC según el conjunto de instrucciones. Diferentes arquitecturas tienen diferentes escenarios de aplicación, que se analizarán en detalle a continuación.
1. Arquitectura x86
La mayoría de los ordenadores que utilizamos y los servidores de la empresa utilizan procesadores de arquitectura x86, principalmente procesadores Intel y AMD.
El procesador de arquitectura x86 utiliza el conjunto de instrucciones CISC (computadora con conjunto de instrucciones complejas). La CPU de arquitectura x86 se divide en dos categorías: x86 y x86-64. La corriente principal actual es x86-64, que es 64. -bit.procesador.
2. Arquitectura ARM
Casi todos nuestros teléfonos móviles utilizan la arquitectura ARM y adoptan el conjunto de instrucciones RISC (conjunto de instrucciones reducido). La ventaja de ARM es su bajo consumo de energía. es muy adecuado para cuando se utilizan en terminales como teléfonos móviles, los procesadores de arquitectura x86 no pueden resolver el problema del bajo consumo de energía, por lo que los terminales móviles rara vez utilizan procesadores de arquitectura x86.
Los procesadores Huawei Kirin, los procesadores de la serie A de Apple y los procesadores Qualcomm Snapdragon utilizan la arquitectura ARM. Además, la mayoría de los sistemas de control industrial, sistemas de control domésticos inteligentes, decodificadores domésticos, etc. Arquitectura ARM.
Con el impacto de la "prohibición de ventas" de Estados Unidos, ARM ha interrumpido sus tratos comerciales con Huawei, y la empresa ARM ha pasado a la vista de la gente. ARM fue fundada en 1991 y es una empresa británica. Posteriormente fue adquirida por el SoftBank de Japón. ARM solo vende IP (propiedad intelectual técnica) y no diseña ni fabrica sus propios chips. Está en la cima de la arquitectura ARM. Si ARM ya no autoriza a Huawei, los procesadores Kirin, Lingxiao, etc. de Huawei se verán afectados hasta cierto punto y no podrán utilizar la última arquitectura.
3. Arquitectura MIPS
La arquitectura MIPS también es una arquitectura de procesador RISC (conjunto de instrucciones reducido). Fue desarrollada y autorizada por MIPS Technology Company en 1981 y se utiliza ampliamente en electrónica. productos, equipos de red, equipos de entretenimiento personal, etc. Por ejemplo, si el enrutador inalámbrico utilizado en casa es un chip MTK, la mayor parte es un procesador de arquitectura MIPS.
Hablemos del procesador independiente "Loongson" de mi país. El Instituto de Tecnología Informática de la Academia de Ciencias de China ha adquirido una licencia de estructura permanente para MIPS. Es compatible con procesadores de arquitectura MIPS. Puede etiquetarse como "compatible con MIPS". Marca registrada, todas las estructuras centrales son desarrolladas por nosotros mismos.
4. Arquitectura RISC-V
La arquitectura RISC-V es una arquitectura de código abierto basada en un conjunto de instrucciones reducido (RISC), que puede usarse libremente para cualquier propósito y permite que cualquiera pueda utilizarlo. Para diseñar, fabricar y vender chips y software RISC-V no requiere autorización y está sujeto a diversas restricciones de uso, como ARM y MIPS.
En comparación con x86 y la arquitectura arm, RISC-V es relativamente "joven". Nació en 2010 y fue lanzado por la Universidad de California, Berkeley.
Se puede decir que la arquitectura RISC-V es la solución definitiva al dilema de los procesadores civiles domésticos. Desde la perspectiva de los beneficios a largo plazo, los procesadores basados en varias arquitecturas x86, ARM y otras son "falsos autónomos" y todavía están restringidos por la autorización de Intel, ARM, etc. Por ejemplo, debido a la reciente "prohibición de pedidos de venta". , ARM ha interrumpido sus negocios con Huawei, deteniendo los servicios de autorización relacionados, lo que puede tener un impacto relativamente grande en los procesadores Kirin de Huawei a largo plazo.
Actualmente, muchos fabricantes nacionales han participado en el ecosistema RISC-V y han establecido la Alianza Industrial RISC-V, incluidos Yuan Microelectronics, Unisoc, Anhui Huami, etc. El año pasado, Xiaomi lanzó un basado en RISC-V. V conjunto de instrucciones chip portátil Huangshan No. 1. RISC-V es la mayor amenaza para la arquitectura ARM. Aunque las perspectivas son buenas, todavía está en su infancia. Con la iteración de la tecnología, creo que definitivamente promoverá que RISC-V establezca un ecosistema sólido.
Las anteriores son las arquitecturas de CPU comunes actuales. x86 es la corriente principal para PC y servidores, ARM es la corriente principal para dispositivos móviles y RISC-V puede ser la corriente principal en el futuro.
Cada arquitectura tiene grandes ventajas en su propia industria. ARM se encuentra principalmente en terminales móviles, y la más grande está en la industria de la telefonía móvil.
Actualmente existen cuatro mejores tecnologías de arquitectura de chips en el mundo, que también son tecnologías de arquitectura convencionales, a saber, X86, ARM, RiSC-V y MIPS. La principal empresa en la industria de la telefonía móvil es ARM.
ARM
La arquitectura ARM es una arquitectura de procesador con conjunto de instrucciones reducido de 32 bits que se utiliza ampliamente en muchos diseños de sistemas integrados. Se dedica principalmente a la investigación y el desarrollo de chips de bajo costo, bajo consumo y alto rendimiento, por lo que los procesadores ARM son muy adecuados para el campo de las comunicaciones móviles, por lo que el 99% de los teléfonos inteligentes y tabletas de todo el mundo utilizan la arquitectura ARM. . La familia ARM representa el 75% de todos los procesadores integrados de 32 bits, lo que la convierte en una de las arquitecturas de 32 bits más dominantes del mundo. ARM está orientado principalmente al campo móvil y de bajo consumo energético, por lo que su diseño se centra más en el ahorro y la eficiencia energética.
La arquitectura ARM se utiliza básicamente en otros campos tecnológicos como teléfonos inteligentes, televisores inteligentes, dispositivos portátiles, estaciones base móviles, servidores empresariales, equipos médicos, conducción inteligente e Internet de las cosas. Desde el sistema operativo hasta el software de aplicación de capa superior, todos se desarrollan en base a la arquitectura ARM, por lo que básicamente forma una cadena industrial completa en dispositivos móviles. Muchas CPU ahora se basan en la microarquitectura ARM Cortex A5, A8, A9 y A15.
En el campo del diseño de chips para teléfonos móviles, tomemos a Huawei como ejemplo. Al diseñar chips, Huawei generalmente primero obtiene la arquitectura de diseño del chip de ARM y luego la diseña. Una vez completado el diseño, finalmente se entrega a TSMC para su fundición. Al igual que en la construcción de una casa, primero está la estructura básica y luego el diseñador la diseña y fabrica. Y no sólo Huawei, sino también Apple, Samsung e Intel se basan en la arquitectura ARM.
X85
X86 se dirige principalmente a la industria informática. Es un conjunto de instrucciones de lenguaje informático ejecutadas por un microprocesador. Se refiere a la abreviatura numérica estándar de una serie de computadoras de uso general Intel y también identifica un conjunto de instrucciones de computadora de propósito general. El 8 de junio de 1978 nació la arquitectura x86. Sus CPU son básicamente 1G o superior, los de doble núcleo y cuádruple núcleo son populares y generalmente se producen utilizando procesos de 45 nm o incluso de nivel superior. Las computadoras estructuradas en X86 utilizan un método de "puente" para conectarse a dispositivos de expansión, lo que facilita que la computadora expanda su rendimiento.
Básicamente ha monopolizado la industria de los sistemas operativos de computadoras personales en los últimos treinta años y también tiene una gran cantidad de usuarios. Tiene aplicaciones de usuario maduras, coincidencia de software, coincidencia y compatibilidad de herramientas de desarrollo de software, etc., así como muchos software de terceros y herramientas de programación de software para ayudar a los usuarios a utilizarlo.
RISC-V
La arquitectura RiSC-V es una arquitectura de conjunto de instrucciones abierta basada en el principio de computación de conjunto de instrucciones reducido. Es un nuevo conjunto de instrucciones basado en el desarrollo continuo y. madurez del conjunto de instrucciones. Este conjunto de instrucciones no monopolizará ni generará ganancias. Tiene una arquitectura simple y es de código completamente abierto, lo que permite a cualquiera diseñar, fabricar y vender chips y software RISC-V. Puede diseñar algunos procesadores basados en él según sea necesario, como CPU de servidor, CPU de electrodomésticos, CPU de control industrial y CPU que siempre están en sensores.
MIPS
La arquitectura MIPS es una arquitectura de procesador que utiliza un conjunto de instrucciones reducido, que fue desarrollada en 1981. Se puede decir que es una pequeña rama de RISC, pero es diferente de RISC. Después de todo, RISC es de código abierto y MIPS se ha desarrollado mejor y con más éxito basándose en él.
La aplicación de MCU basadas en MIPS involucra a muchas industrias y tiene grandes aplicaciones en la industria, automatización de oficinas, automóviles, sistemas de electrónica de consumo y tecnología avanzada.
El 16 de agosto de 2007, MIPS Technology anunció que la CPU Loongson del Instituto de Ciencias de la Computación de la Academia de Ciencias de China había obtenido todas las patentes y autorizaciones de conjuntos de instrucciones y bus para su procesador IP.
Si tiene alguna idea u opinión, indíquela en los comentarios a continuación. Gracias por mirar.
Sinceramente digo que la arquitectura de la CPU y el conjunto de microinstrucciones no son muy difíciles, pero la dificultad es encontrar el software de herramienta de desarrollo correspondiente, de lo contrario será inútil. Software de herramientas. Déjame decirte. Si no te gusta escucharlo, si el software de herramientas está completamente bloqueado en países extranjeros, y mucho menos en la industria de circuitos integrados, ni siquiera el procesamiento mecánico podrá sobrevivir. se utiliza en el extranjero y ninguna empresa en China lo hace.
El interlocutor también se olvidó de alfa (el legado de los mejores procesadores dejado por DEC, que ha estado muerto durante muchos años y era muy superior al x86 en aquel entonces), los procesadores China Sunway.
Se utilizan 16 núcleos para escritorios y servidores, y 260 núcleos múltiples ((64 1) * 4) para supercomputación. Esta arquitectura no solo tiene potentes capacidades de computación numérica (TaihuLight), sino que también tiene. Computación unitaria incomparable Potente y de bajo consumo de energía.
PP y MIPS de IBM tienen grandes ventajas en aplicaciones integradas, y el AP de teléfono móvil es una aplicación integrada típica.