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不用ARM架构不行吗?英特尔这么想过,苹果也这么想过,三星也这么想过,然并卵,用ARM架构的,有大块吃肉大碗喝酒的,比如苹果,也有好歹能恰口饭的,比如三星,不用ARM架构的,交了数以百亿美元的学费,至今还只能在移动芯片门外徘徊,比如英特尔。
说到CPU,有必要硬核科普一下指令集、架构和微架构之间的关系,因为前面有不少回答把它们搞混了。在芯片领域,是这样划分处理器的:首先看属于何种指令集,这块类似于江湖门派,可分为两大门派,一是最古老的复杂指令集(简称CISC),帮主是英特尔
二是较晚出现的精简指令集(简称RISC),这一门派又抽枝展叶分出三派:IBM
RISC,Berkeley RISC和Stanford
RISC;再看具体指令集体系架构(简称ISA),主要包含一套指令集和寄存器信息,注意,ISA常被简称为Architecture(架构);然后看微架构(Microarchitecture),架构和为微架构的关系,最容易搞混
简单说,架构是处理器的设计规范,定义处理器能做什么,微架构是设计实现,描述处理器怎么去实现架构定义的功能,微架构通常也认为等同于内核(core);然后是具体的处理器,包括内核、存储器、外设与接口;以ARM的Cortex-A76为例,它属于精简指令集下的Berkeley
RISC指令集,采用ARM的ARMv8.2架构,微架构(或内核)名为Cortex-A76。
如果把指令集比作CPU设计中的语言,那么上面这句话可以接地气地表示为:一个叫ARM的大牛,精通RISC这门语言,并形成了自己独特的写作风格“Berkeley
RISC指令集”,然后在“Berkeley
RISC指令集”写作风格的驱使下,列出了一份叫“ARMv8.2架构”的提纲,并在“ARMv8.2架构”提纲的基础上,写出了一本题目叫《Cortex-A76》的书。这本书的书稿卖给高通和华为两家书商,他们加入其它一些不同的内容(GPU、基带、NPU)后,书名分别叫骁龙855、麒麟980,然后推向市场售卖。
Cortex-A76的微架构示意图,包含了各种功能模块。而ARM刚发布的Cortex-A77,和Cortex-A76一样,同属于Berkeley
RISC指令集,架构同样是ARMv8.2。从相同的指令集体系架构可以看出,Cortex-A77并不是全新开发的微架构,属于微调Cortex-A76内核的结果(详见下图)。所以,市面上常说采用ARM某某架构,正确的说法应该是ARM的某某内核或微架构。
说到这里,需要顺带说一句什么是ARM
IP核授权。其实就是指ARM将内核卖给高通、华为、联发科和三星这样的芯片集成设计厂商,而ARM拥有出售的内核的知识版权(简称IP)。当然,ARM的授权不只内核授权,还有指令集授权。苹果公司的A系列芯片没有购买ARM公司的CPU内核授权,而是购买了ARM的指令集体系架构授权,然后开发内核/微架构。
可以看出,芯片集成设计厂商是可以不用ARM的内核的,但却不得不用ARM的架构(指令集体系架构)。因为ARM的架构已经成为移动芯片的标准,形成了庞大的生态系统。说实话,定义一套指令集并不复杂,也不需要太高的技术含量,难点在于一旦形成成熟的生态系统,就很难撼动。
如果重新使用一套指令集,意味着要重新编写编译器、操作系统,同时各种应用软件也要另起炉灶,重写一遍。编译器和操作系统比较好办,公司实力强大,软硬通吃的话,可以自己搞定编译器,至于操作系统,可以拉一家合作伙伴搞定,但应用软件不好办。
基于ARM+安卓+iOS的生态系统,背后是上百万应用开发者支撑。英特尔曾想将X86指令集扩展到移动芯片领域,在2008年推出Atom项目,2018年正式停止。在这场对抗ARM的战争中,英特尔最终以惨败收场,据摩根士丹利估算,仅在2014和2013年,英特尔在Atom上就亏损了70亿美元。Atom亏损的主要原因之一,是英特尔始在移动芯片领域终没有建立起强大的生态系统。