CPU架構是CPU廠商給屬于同一系列的CPU產品定的一個規范,主要目的是為了區分不同類型CPU的重要標示。目前市面上的CPU指令集分類主要分有兩大陣營,一個是intel、AMD為首的復雜指令集CPU,另一個是以IBM、ARM為首的精簡指令集CPU。兩個不同品牌的CPU,其產品的架構也不相同,例如,Intel、AMD的CPU是X86架構的,而IBM公司的CPU是PowerPC架構,ARM公司是ARM架構。
CPU架構主要有:X86/Atom、ARM、MIPS等等
1)X86則是基于復雜指令集(CISC,Complex Instruction Set Computer)的架構,Atom是x86或者是x86指令集的精簡版。
其中,ARM在智能手機、平板上一枝獨秀。
2)ARM/MIPS/PowerPC均是基于精簡指令集(RISC,Reduced Instruction Set Computing)機器處理器的架構;
1)ARM+Android 最早發展、完善的支持,主要在手機市場、上網本、智能等市場;
2)X86+Android 有比較完善的發展。有atom+Android的上網本,且支持Atom+Android 和 Atom+Window7雙系統;
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首先開發制造的一種微處理器體系結構的泛稱。
x86架構是重要地可變指令長度的CISC(復雜指令集電腦,Complex Instruction Set Computer)。
Intel Atom是Intel的一個超低電壓處理器系列。處理器采用45納米工藝制造,集成4700萬個晶體管。L2緩存為512KB,支持SSE3指令集,和VT虛擬化技術(部份型號)。
ARM系列
ARM架構,過去稱作進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine,更早稱作:Acorn RISC Machine),是一個32位精簡指令集(RISC)處理器架構,其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由于節能的特點,ARM處理器非常適用于移動通訊領域,符合其主要設計目標為低耗電的特性。
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的32位架構之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產品上看到,從可攜式裝置(PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電子游戲,計算機)到電腦外設(硬盤、桌上型路由器)甚至在導彈的彈載計算機等軍用設施中都有他的存在。在此還有一些基于ARM設計的派生產品,重要產品還包括Marvell 的XScale架構和德州儀器的OMAP系列。
優勢:價格低;能耗低
ARM 授權方式:ARM 公司本身并不靠自有的設計來制造或出售 CPU ,而是將處理器架構授權給有興趣的廠家。ARM 提供了多樣的授權條款,包括售價與散播性等項目。對于授權方來說,ARM 提供了 ARM 內核的整合硬件敘述,包含完整的軟件開發工具(編譯器、debugger、SDK),以及針對內含 ARM CPU 硅芯片的銷售權。對于無晶圓廠的授權方來說,其希望能將 ARM 內核整合到他們自行研發的芯片設計中,通常就僅針對取得一份生產就緒的智財核心技術(IP Core)認證。
對這些客戶來說,ARM 會釋出所選的 ARM 核心的閘極電路圖,連同抽象模擬模型和測試程式,以協助設計整合和驗證。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(暫存器轉移層級,如 Verilog)形式來取得處理器的智財權(IP)。借著可整合的 RTL,客戶就有能力能進行架構上的最佳化與加強。這個方式能讓設計者完成額外的設計目標(如高震蕩頻率、低能量耗損、指令集延伸等)而不會受限于無法更動的電路圖。雖然 ARM 并不授予授權方再次出售 ARM 架構本身,但授權方可以任意地出售制品(如芯片元件、評估板、完整系統等)。商用晶圓廠是特殊例子,因為他們不僅授予能出售包含 ARM 內核的硅晶成品,對其它客戶來講,他們通常也保留重制 ARM 內核的權利。
生產廠商:TI (德州儀器),Samsung(三星),Freescale,Marvell,Nvidia(英偉達)等等。
MIPS系列
MIPS(Microprocessor without interlocked piped stages,“無內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,其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數據相關問題。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學Hennessy教授領導的研究小組研制出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎上開發的RISC工業產品的微處理器。這些系列產品為很多計算機公司采用構成各種工作站和計算機系統。
MIPS技術公司是美國著名的芯片設計公司,它采用精簡指令系統計算結構(RISC)來設計芯片。和英特爾采用的復雜指令系統計算結構(CISC)相比,RISC具有設計更簡單、設計周期更短等優點,并可以應用更多先進的技術,開發更快的下一代處理器。MIPS是出現最早的商業RISC架構芯片之一,新的架構集成了所有原來MIPS指令集,并增加了許多更強大的功能。MIPS自己只進行CPU的設計,之后把設計方案授權給客戶,使得客戶能夠制造出高性能的CPU。
1984年,MIPS計算機公司成立,開始設計RISC處理器;
1986年推出R2000處理器。
1992年,SGI收購了MIPS計算機公司。
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技術公司;隨后,MIPS公司的戰略發生變化,把重點放在嵌入式系統;1998年-MIPS科技股票在美國納斯達克股票交易所公開上市。
1999年,MIPS公司發布MIPS32和MIPS64架構標準,為未來MIPS處理器的開發奠定了基礎。新的架構集成了所有原來NIPS指令集,并且增加了許多更強大的功能。MIPS公司陸續開發了高性能、低功耗的32位處理器內核(core)MIPS324Kc與高性能64位處理器內核MIPS64 5Kc。
2000年,MIPS公司發布了針對MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc處理器內核。
2007年8月16日-MIPS科技宣布,中科院計算機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。
2007年12月20日-MIPS科技宣布,揚智科技已取得其針對先進多媒體所設計的可定制化系統單芯片(SoC)核心“MIPS32 24KEc Pro”授權。
PowerPC系列
PowerPC 是一種精簡指令集(RISC)架構的中央處理器(CPU),其基本的設計源自IBM(國際商用機器公司)的IBM PowerPC 601 微處理器POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC;《IBM Connect 電子報》2007年8月號譯為“增強RISC性能優化”)架構。
二十世紀九十年代,IBM(國際商用機器公司)、Apple(蘋果公司)和Motorola(摩托羅拉)公司開發PowerPC芯片成功,并制造出基于PowerPC的多處理器計算機。PowerPC架構的特點是可伸縮性好、方便靈活。
PowerPC 處理器有廣泛的實現范圍,包括從諸如 Power4 那樣的高端服務器 CPU 到嵌入式 CPU 市場(任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC)。PowerPC 處理器有非常強的嵌入式表現,因為它具有優異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。除了象串行和以太網控制器那樣的集成 I/O,該嵌入式處理器與“臺式機”CPU 存在非常顯著的區別。
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的一個概念。GPU是顯卡的“心臟”,也就相當于CPU在電腦中的作用,它決定了該顯卡的檔次和大部分性能,同時也是2D顯示卡和3D顯示卡的區別依據。
高通的Adreno
作為屈指可數(如果不是唯一一個)可以自己改進ARM指令的移動處理器廠商,說高通是安卓陣營移動處理器一哥估計沒人會反對,再加上高通的3G技術及基帶上的優勢,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其實是領養的,Adreno原本是ATI旗下的移動GPU部門,當時叫做Imageon,主要為當時的掌上平臺提供圖形核心,2006年AMD收購了ATI,Imageon部分也進入了AMD公司。收購ATI之后AMD就進行了改組,Imageon部分很不幸地成為多余資產,最終在2008年末被高通以區區6500萬美元的代價買走,現在就是高通的Adreno圖形部門了。(不知道AMD看到現在的情況是否會后悔?)
ARM公司的Mali
RM公司不僅提供ARM處理器授權,他們也有一整套GPU授權方案——Mali。由于親生的血緣關系,Mali在好爸爸ARM的幫助下也攻城掠地,很多不具備獨立開發GPU技術的芯片供應商都直接使用了ARM處理器+Mali GPU的設計,比如三星、瑞芯微、展訊、意法半導體、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授權的,此前他們也是使用Imagination的GPU核心,Mali其實是源于2006年收購的一家挪威特隆赫姆地區的移動GPU芯片廠商Falanx,ARM公司的Mali GPU開發中心也就落戶在哪里,現在Mali已經變成了ARM的親兒子了。
NVIDIA(主要是PC市場,移動市場也有)
現在最大的獨立顯卡生產銷售商。
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上全面應用,其16核GPU實際上就源于Vivante的GC系列GPU。
Vivante其實還是挺有資本的,創立于2004年,創始人好像還是個華裔,他們專注于移動GPU市場,2010年的時候就有超過40家授權單位,主要客戶有Marvell、飛思卡爾等,很多人不知道的是國內的瑞芯微電子的RK2918以及自主知識產權的國產明星“龍芯-2H”使用的也是Vivante的GPU核心。
AMD(ATI)(主要PC市場)
世界上第二大的獨立顯卡生產銷售商,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,其主板市場迅速擴大,已經奪取了NVIDIA在AMD處理器主板的半壁江山。就發售量和發售盈利方面,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生產銷售商,也是世界最大的GPU生產銷售商。Intel的GPU在現在完全是集成顯卡,用于Intel的主板和Intel的筆記本。
現如今,在移動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
國產廠商:華為海思、展訊、全志、瑞芯微、炬力
國產計算機處理器廠商:中科龍芯、申威、飛騰、中晟宏芯、兆芯、海光
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