ARM架构应用处理器与x86处理器

Chevelle Fu
Chevelle Fu
2011年05月26日, 上午 11:00

相较于AMDIntelARM显然对多数的消费者还是很陌生的名词,而多数人也会好奇,ARM架构生产的应用处理器到底跟Intel、AMD又有什么不同,又跟智慧手机与平板厂商提到的TI OMAPQualcomm Snapdragon、三星的蜂鸟(Hummingbird)、猎户座(Orion)、飞思卡尔(Freescale)的i.MX,或是ST-Ericsson的应用处理器等有什么关系。

先从ARM这家公司谈起,ARM成立于1991年,是一家出售IP(技术知识产权)的公司,所谓的技术知识产权,就有点像是卖房屋的结构设计图,至于要怎修改,哪边开窗户,以及要怎加盖其它的花园,就看买了设计图的厂商自己决定。

而ARM的架构是采用RISC架构,如同它的名称一样,Advanced RISC Machines,RISC架构在当初的PC架构争霸战虽然败给Intel所主导的x86处理器架构,却默默在另外的领域成长壮大;小从硬盘转速控制、电信基地台的计算、汽车喷射引擎的控制、音响系统、相机引擎,大到电动机具的控制等等,都能够看见采用ARM授权架构处理器的身影。

而有了设计图,当然还要有把设计图实现的厂商,而这些就是ARM架构的授权客户群,包括上述几家厂商以外,还有如Freescale、联发科、Telechip、新岸线等数不清的大小控制芯片与应用处理器厂商,都是采用ARM架构的授权客户。甚至多年前的Intel的XScale处理器,也是采用ARM的核心授权。


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ARM的架构相较于x86有哪些特点?相较于基于CISC的x86架构处理器,由于为了满足电脑产业发展而不断加入指令集,使得处理器日益庞大,但每个指令集用到的频率也越差越大,许多指令到后来已经相当少用,甚至是可以被新的指令所取代。而ARM架构则大幅简化架构,仅保留所需要的指令,可以让整个处理器更为简化,拥有小体积、高效能的特性。

另外,ARM的架构老早就已经作到高密度整合,由于ARM授权的弹性以及核心架构单纯,ARM处理器架构可以很容易与其它专职的特殊核心,像是GPU、多媒体译码核心、基频调制解调器、I/O控制等架构整合,透过SoC(System On a Chip,系统单芯片)的方式,一颗小小的ARM架构应用处理器,完成近年x86架构处理器积极跨足的单芯片设计,并且透过各种不同的核心分工各司其职,ARM架构应用处理器的核心负担相较传统x86处理器低上许多,并且因为早前应用处理器的需求就是以低功耗为重点,即便如今效能不断提升,仍是以保有省电的特性为前提发展。

ARM架构的另一个优点,就是自由性,只要像ARM买下核心授权,就可以与其它IP公司的方案以及这家授权客户本身的优势技术整合,虽同为同一世代的ARM核心架构,即便频率相同,结果也不同。不过这也使得ARM应用处理器光从基本规格是不一定能看出操作效能的,例如同样隶属高通Snapdragon,频率1GHz的第一世代旗舰QSD8x50甚至不敌频率仅800MHz的第二世代MSM7230。

以目前最火红的几颗手机与平板的双核应用处理器选择的GPU架构为例,Tegra 2图形架构来自NVIDIA的GeForce ULP,TI OMAP 4430则是采用PowerVR SGX 540架构,Qualcomm MSM8660采用高通自家Adreno 220,三星Exynos 4210采用ARM的Mali 400 GPU架构,就已经足以产生这几颗处理器在效能表现的差异,更不用说细节的内存控制管理、电源管理、储存通道等架构产生的差异。

谈到这些GPU架构,又是一段有趣的过去,GeForce ULP、Power SGX以及Adreno其实都在游戏机史上交手过,Nvidia的图形架构曾被用在微软第一代XBox以及PS3采用过,而PowerVR则是接连在SEGA Saturn以及Dreamcast出现,Adreno源自ATi行动图形部门,ATi的图形方案也被XBox 360以及Wii采用,可说这几家图形方案供货商过去在游戏机的战火,又再次烧回手机以及平板上。


ARM的架构之所以在智能手机以及平板能够迅速窜红,苹果iOS装置可说是大功臣,在苹果之前,智能手机在市场上一直载浮载沉,虽然有着号称智能手机平台市占率第一的Nokia Symbian,以及Windows MobilePalm OSBlackBerry等系统,不过当时的环境在缺乏行动网络为后盾,在线商店的概念也还未发展成型;一直到苹果以iPhone打响新世代智能手机第一炮后,市场才真正体认到智能手机原来可以是这么容易使用。

iPhone的出现也间接带起市场对于ARM架构应用处理器的需求,不过光是苹果也无法带起市场对于ARM处理器的需求,如WM(WP7)手机与Symbian也纷纷加入新一代智能手机战局,但是真正成为关键的,是Google Android宣布参战后,其它手机厂商取得一个相较过去成熟的通用智能手机平台,而各厂商又为了进行产品差异化,开始针对ARM架构应用处理器的效能以及硬件支持要求,使得过去发展缓速的ARM架构一下子热络起来,也让ARM架构一夕之间成为火热话题。
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