CPU架構(gòu)和GPU分類詳解

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(jiǎn)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、PowerPC等等

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（中文：凌動(dòng)，開發(fā)代號(hào)：Silverthorne）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(hào)）。

ARM系列

ARM架構(gòu)，過去稱作進(jìn)階精簡(jiǎn)指令集機(jī)器（Advanced RISC Machine，更早稱作：Acorn RISC Machine），是一個(gè)32位精簡(jiǎn)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(shì)：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(duì)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(duì)內(nèi)含 ARM CPU 硅芯片的銷售權(quán)。對(duì)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(duì)取得一份生產(chǎn)就緒的智財(cái)核心技術(shù)（IP Core）認(rèn)證。對(duì)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(cè)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(jí)，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(píng)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(duì)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(jí)的微處理器”），是世界上很流行的一種精簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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。

PowerPC系列

PowerPC 是一種精簡(jiǎn)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(hào)譯為“增強(qiáng)RISC性能優(yōu)化”）架構(gòu)。

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(duì)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)。

ImaginaTIon公司的PowerVR

Imagination技術(shù)公司并不介入ARM處理器生產(chǎn)，他們專注于是移動(dòng)GPU技術(shù)授權(quán)，因?yàn)閷I(yè)所以強(qiáng)大，Imagination絕對(duì)是移動(dòng)平臺(tái) GPU授權(quán)的老大，即便是Intel的Atom處理器及桌面的GMA 500也使用了PwerVR系列GPU核心，他們的觸角伸得很廣，并不局限于ARM陣營。

Imagination公司的授權(quán)伙伴主要有Intel、蘋果、聯(lián)發(fā)科、LG、高通、瑞薩、三星、海思、Marvell、索尼等等，幾乎都是大腕，其中Intel和蘋果還是Imagination公司的大股東之一。

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(duì)，再加上高通的3G技術(shù)及基帶上的優(yōu)勢(shì)，高通處理器絕對(duì)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。

NVIDIA（主要是PC市場(chǎng)，移動(dòng)市場(chǎng)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(chǎng)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(hào)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。

AMD（ATI）（主要PC市場(chǎng)）

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(chǎng)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(chǎng)）

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(chǎng)中主要的廠家有：

出手不凡的大廠：蘋果、高通、三星、英特爾

暗自神傷，退出市場(chǎng)：退出市場(chǎng)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

優(yōu)勢(shì)：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(duì)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(duì)內(nèi)含 ARM CPU 硅芯片的銷售權(quán)。對(duì)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(duì)取得一份生產(chǎn)就緒的智財(cái)核心技術(shù)（IP Core）認(rèn)證。對(duì)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(cè)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(jí)，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(píng)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(duì)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(jí)的微處理器”），是世界上很流行的一種精簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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。

PowerPC系列

PowerPC 是一種精簡(jiǎn)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(hào)譯為“增強(qiáng)RISC性能優(yōu)化”）架構(gòu)。