示例:三星 S3 CPU:Cortex-A7 (armv7-a架构)
背景
X86构架属于典型的CISC,指令集丰富,指令不等长,善于执行复杂工作,更强调串行性能,它的整体运算能力要比只为移动而生的ARM架构强大,并且在PC领域已经广泛应用,拥有深厚的技术背景。由于X86构架的处理器芯片在性能上比较强劲,善于执行复杂工作,所以当英特尔进军移动市场领域后,只推出的双核芯片就可以媲美ARM构架的四核芯片性能。
当英特尔与AMD在PC领域斗的水深火热的时候,ARM偷偷的随着第二次智能手机革命而崛起,不仅快速的占领市场,同时还造就出了多个出色的移动芯片品牌,例如:美国高通、英伟达tegra、联发科MTK等等。
典型如华为的海思920、三星Exynos 5430,只能说是“使用ARM Cortex-A15核心的芯片”。但是如果一款兼容ARM指令集的芯片使用了厂商自主研发的微架构情况就不同了。高通骁龙800、苹果A7就是这样的例子–它们分别使用了高通、苹果自主研发的CPU。
那么,现在各家CPU研发厂商选择指令集的标准又是什么呢?业界除了x86和ARM、MIPS,其实还有一大堆各种各样的指令集。比如小型主机领域的Sparc、Alpha、Power等。国内几家研CPU的科研机构就分别选择了x86、MIPS、Sparc、Alpha、ARM指令集,早年甚至有机构选择Intel没落的Itanium使用的EPIC指令集的。一般来说大家倾向于选择软件生态较好的指令集–前面说过,软件必须编译后才能在某种指令集平台上运行,而编译是很复杂的事情,绝大多数闭源软件仅仅会对少数一两个平台编译。因而支持某种指令集的软件应用越多,这种指令集也就越有市场优势–新开发的微架构只需要兼容某种指令集,那么就可以很容易运行大量为其开发的软件。早年因为微软的强势与Wintel联盟的推动,x86指令集成了最受欢迎的角色,帮助Intel用彼时性能相对落后的微架构在PC平台挤跑了一众对手。后PC时代由于苹果谷歌的两大操作系统平台的推动,ARM指令集又取得了绝对的市场优势。但对于新的CPU研发单位来说,他们想获得热门指令集的兼容授权是很困难的事情。以前x86与ARM的指令集授权是拿钱买不到的,想要得到都需要进行高水平专利交换。拿到x86授权的几家厂商要么是拿的早(AMD、Cyrix、IDT),要么是有高水平技术与Intel交易(Transmeta,以功耗控制技术同Intel交易)。后来Nvidia想要研发自己的CPU,找Intel软磨硬泡后者就是不给,搞得Nvidia相当无奈。国内的研发单位当年开始研究时自知不可能拿到x86授权,于是各自去找关系好些的其他授权方解决问题了。ARM这边也一直对指令集授权卡的很死,之前只有高通、博通和Intel得到,也是通过技术交换的形式。08年苹果乔帮主被Intel甩脸色后决定自己搞CPU,最后也拿到了ARM的许可,想来彼时老乔也是威逼利诱,硬是让ARM屈服了(毕竟指令集多授权一家就多个对手啊)。后来ARM对指令集授权也放松了,去年三星与华为也分别得到了授权,他们的自研CPU预计也将在未来一两年面世。
在关注Android的时候,有一些CPU架构方面的术语知识需要给自己补充的。主要有ARM、X86/Atom、MIPS、PowerPC,其中ARM在智能手机上面一枝独秀:)
其中ARM/MIPS/PowerPC均是基于精简指令集机器处理器的架构;
X86则是基于复杂指令集的架构,Atom是x86或者是x86指令集的精简版。
根据各种新闻,Android在支持各种处理器的现状:
ARM+Android 最早发展、完善的支持,主要在手机市场、上网本、智能等市场;
X86+Android 有比较完善的发展。有atom+Android的上网本,且支持Atom+Android 和 Atom+Window7双系统;
MIPS+Android 目前在移植、完善过程中;
Powpc+Android 目前在移植、完善过程中。
ARM系列
ARM架构,过去称作进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine,更早称作:Acorn RISC Machine),是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器非常适用于行动通讯领域,符合其主要设计目标为低耗电的特性。
在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到,从可携式装置(PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏,和计算机)到电脑外设(硬盘、桌上型路由器)甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此还有一些基于ARM设计的派生产品,重要产品还包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。
优势:价格低;能耗低;
ARM 授权方式:ARM 公司本身并不靠自有的设计来制造或出售 CPU ,而是将处理器架构授权给有兴趣的厂家。ARM 提供了多样的授权条款,包括售价与散播性等项目。对于授权方来说,ARM 提供了 ARM 内核的整合硬件叙述,包含完整的软件开发工具(编译器、debugger、SDK),以及针对内含 ARM CPU 硅芯片的销售权。对于无晶圆厂的授权方来说,其希望能将 ARM 内核整合到他们自行研发的芯片设计中,通常就仅针对取得一份生产就绪的智财核心技术(IP Core)认证。对这些客户来说,ARM 会释出所选的 ARM 核心的闸极电路图,连同抽象模拟模型和测试程式,以协助设计整合和验证。需求更多的客户,包括整合元件制造商(IDM)和晶圆厂家,就选择可合成的RTL(暂存器转移层级,如 Verilog)形式来取得处理器的智财权(IP)。借着可整合的 RTL,客户就有能力能进行架构上的最佳化与加强。这个方式能让设计者完成额外的设计目标(如高震荡频率、低能量耗损、指令集延伸等)而不会受限于无法更动的电路图。虽然 ARM 并不授予授权方再次出售 ARM 架构本身,但授权方可以任意地出售制品(如芯片元件、评估板、完整系统等)。商用晶圆厂是特殊例子,因为他们不仅授予能出售包含 ARM 内核的硅晶成品,对其它客户来讲,他们通常也保留重制 ARM 内核的权利。
生产厂商:TI (德州仪器)/Samsung(三星)/Freescale(飞思卡尔)/Marvell(马维尔)/Nvidia(英伟达)
下面是四核ARM芯片架构图,可以参看:
[图片]
x86系列/Atom处理器
xx86或80x86是英代尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。
x86架构是重要地可变指令长度的CISC(复杂指令集电脑,Complex Instruction Set Computer)。
Intel Atom(中文:凌动,开发代号:Silverthorne)是Intel的一个超低电压处理器系列。处理器采用45纳米工艺制造,集成4700万个晶体管。L2缓存为512KB,支持SSE3指令集,和VT虚拟化技术(部份型号)。
现时,Atom处理器系列有6个型号,全部都是属于Z500系列。它们分别是Z500、Z510、Z520、Z530、Z540和Z550。最低端的Z500内核频率是800MHz,FSB则是400MHz。而最高速的Z550,内核频率则有2.0GHz,FSB则是533MHz。从Z520开始,所有的处理器都支持超线程技术,但只增加了不到10%的耗电。双内核版本为N系列,依然采用945GC芯片组。双内核版本仍会支持超线程技术,所以系统会显示出有4个逻辑处理器。这个版本的两个内核并非采用本地设计,只是简单的将两个单内核封装起来。
MIPS系列
MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked piped stages),其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。
MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司,它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比,RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点,并可以应用更多先进的技术,开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一,新的架构集成了所有原来MIPS指令集,并增加了许多更强大的功能。MIPS自己只进行CPU的设计,之后把设计方案授权给客户,使得客户能够制造出高性能的CPU。
1984年,MIPS计算机公司成立,开始设计RISC处理器;
1986年推出R2000处理器。
1992年,SGI收购了MIPS计算机公司。
1988年推R3000处理器。
1991年推出第一款64位商用微处器R4000;之后又陆续推出R8000(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型号。
1998年,MIPS脱离SGI,成为MIPS技术公司;随后,MIPS公司的战略发生变化,把重点放在嵌入式系统;1998年-MIPS科技股票在美国纳斯达克股票交易所公开上市。
1999年,MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准,为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。新的架构集成了所有原来NIPS指令集,并且增加了许多更强大的功能。MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器内核(core)MIPS324Kc与高性能64位处理器内核MIPS64 5Kc。
2000年,MIPS公司发布了针对MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc处理器内核。
2007年8月16日-MIPS科技宣布,中科院计算机研究所的龙芯中央处理器获得其处理器IP的全部专利和总线、指令集授权。
2007年12月20日-MIPS科技宣布,扬智科技已取得其针对先进多媒体所设计的可定制化系统单芯片(SoC)核心“MIPS32 24KEc Pro”授权。
PowerPC系列
PowerPC 是一种精简指令集(RISC)架构的中央处理器(CPU),其基本的设计源自IBM(国际商用机器公司)的IBM PowerPC 601 微处理器POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC;《IBM Connect 电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化”)架构。二十世纪九十年代,IBM(国际商用机器公司)、Apple(苹果公司)和Motorola(摩托罗拉)公司开发PowerPC芯片成功,并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。
PowerPC 处理器有广泛的实现范围,包括从诸如 Power4 那样的高端服务器 CPU 到嵌入式 CPU 市场(任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC)。PowerPC 处理器有非常强的嵌入式表现,因为它具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量。除了象串行和以太网控制器那样的集成 I/O,该嵌入式处理器与“台式机”CPU 存在非常显著的区别。
互补型的实时性(Real Time)较好的DSP架构
DSP是微处理器的一种,这种微处理器具有极高的处理速度.因为应用这类处理器的场合要求具有很高的实时性(Real Time)。比如通过移动电话进行通话,如果处理速度不快就只能等待对方停止说话,这一方才能通话。如果双方同时通话,因为数字信号处理速度不够,就只能关闭信号连接.在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU(微处理器)来完成。但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求。因此,直到70年代,有人才提出了DSP的理论和算法基础。那时的DSP仅仅停留在教科书上,即便是研制出来的DSP系统也是由分立元件组成的,其应用领域仅局限於军事、航空航天部门。90年代DSP发展最快,相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属於第五代产品,它与第四代相比,系统集成度更高,将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手,而且逐渐渗透到人们日常消费领域。
百科:
ARM架构 http://zh.wikipedia.org/zh-cn/ARM%E6%9E%B6%E6%A7%8B#.E5.85.A7.E6.A0.B8.E7.A8.AE.E9.A1.9E
ARM架构 http://www.txrjy.com/baike/view.asp?ARM%BC%DC%B9%B9
dsp架构 http://baike.c114.net/view.asp?id=17155-2E64F9EF
x86 http://zh.wikipedia.org/zh-cn/x86
AMD http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E8%B6%85%E5%A8%81%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93
ARM:
云计算中心的基石,ARM架构?http://goo.gl/OMwl
ARM问鼎服务器 能否成为挑战x86的黑马 http://goo.gl/zsB3
Android:
Android助力mips移动战略 http://goo.gl/EgM4
分析ARM与ANDROID市场及技术结合点 http://goo.gl/854L
论山寨手机与Android http://goo.gl/nd9C
Android资源 http://goo.gl/m62y
国内Android 市场调查 http://goo.gl/pOHQ
PC World:Android与iPhone手机的五大战场 http://goo.gl/QEpZ
Android 2.2 for Intel 夏天公布 http://goo.gl/AveA
华硕将推”ARM架构+Android OS”上网本 http://goo.gl/DOFp
Intel:
MeeGo:开放源代码 Linux开发者蠢蠢欲动 http://goo.gl/wGXr
英特尔在智能手机处理器市场挑战ARM显劣势 http://goo.gl/cT4n
Android支持x86 Intel全力开发今夏亮相 http://goo.gl/8sw0
完成统一霸业! 凌动处理器性能全解析 http://goo.gl/BYKr
Apple:
第一篇详尽的 iPhone 4 评测 http://goo.gl/pzoE
传苹果欲再购一家处理器厂商 看好ARM架构 http://goo.gl/Os5G
联发科技 MT系列处理器
简介:台湾联发科技股份有限公司(MediaTek.Inc)是全球IC设计领导厂商,专注于无线通讯及数字多媒体等技术领域。联发科技提供的芯片整合系统解决方案,包含无线通讯、高清数字电视、光储存、DVD及蓝光等相关产品,市场上均居领导地位。
特点:价格平民化、占据了千元智能手机大部分的市场
英伟达Tegra系列处理器
简介:Tegra是NVIDIA公司于2008年推出的基于ARM构架通用处理器品牌(即CPU,NVIDIA称为“Computer on a chip”片上计算机),能够为便携设备提供高性能、低功耗体验。从2008年至今,英伟达已经推出了1、2、3、4四个系列产品,其中Tegra 3系列在2012年受到了广大消费者的认可。
特点:图形运算性能强大、采用4+1核心设计
美国高通公司 骁龙移动处理器
简介:骁龙(Snapdragon)是美国高通公司(Qualcomm)推出的高度集成的 “全合一”移动处理器系列平台,分别覆盖入门级智能手机乃至高端智能手机、平板电脑以及下一代智能终端。Snapdragon以基于ARM架构定制的微处理器内核为基础,结合了业内领先的3G/4G移动宽带技术与强大的多媒体功能、3D图形功能和GPS引擎。
特点:性能强劲、研发技术领先、产品线较为丰富、知名度较高
中国台湾的联发科(MTK) 公司的产品因为集成较多的多媒体功能和较低的价格在大陆手机公司和手机设计公司得到广泛的应用。更由于MTK的完工率较高,基本上在60%以上,这样手机厂商拿到手机平台基本上就是一个半成品,只要稍稍的加工就可上架出货了。这也正是许多黑手机都使用MTK的最主要的原因。下面我们就来盘点MTK智能手机主控芯片:
1、高通骁龙800系列处理器
骁龙800处理器代表着性能和能效的显著提升。 骁龙800处理器旨在提供卓越的整体用户体验,它扩展了无缝连接计算的可能性,同时提供全新的高端移动体验,包括超高清视频、多频道高清音频和高级图像。
2、高通骁龙600系列处理器
骁龙600处理器经过精心设计,在每瓦特性能方面显著超越其他新型移动处理器。 骁龙600处理器改进了整个系统的架构、升级了关键组件,并扩展了连接选项,可有效满足当今用户需要的高级用户体验,如流畅的在线3D游戏和响应迅捷的网页浏览。
- 骁龙652 八核1.8GHz
- 骁龙650 六核1.8GHz
- 骁龙625 八核2.0 GHz
- 骁龙617 八核1.5 GHz
- 骁龙616 双四核1.7GHz
- 骁龙615 双四核1.7GHz 八核ARM® Cortex™ A53(四个1.7 GHz内核+四个1.0 GHz内核)
- 骁龙610 四核1.7GHz
- 骁龙602A 四核1.5GHz
- 骁龙600 四核1.9GHz
3、高通骁龙400系列处理器
骁龙400处理器旨在提供最受欢迎的智能手机功能,包括高清视频捕捉和播放、高清多声道音频和高像素摄像头。 其成熟的性能可让您在最喜爱的应用之间无缝切换。无论您是在捕捉精彩瞬间、流式播放影片,还是在玩最新的3D游戏,它都能让您享受到美轮美奂的视觉效果。
- 高通骁龙435 八核1.4GHz
- 高通骁龙430 八核1.2 GHz
- 高通骁龙425 四核1.4 GHz
- 高通骁龙415 八核1.4GHz
- 高通骁龙412 四核1.4GHz
- 高通骁龙410 四核1.2GHz
- 高通骁龙400 双核1.7GHz
4、高通骁龙200系列处理器
骁龙200处理器旨在让您比以往更易于获得卓越性能,让您既可以享受到最受欢迎的移动体验,又能优化电池续航时间。 骁龙200处理器实现了应用之间的平滑导航和切换,同时提供生动的高清视觉效果和优质的多声道音频。
海思 K3V2
2012年业界体积最小处理器。K3V2有四个A9内核,16个GPU单元,使用TSMC 40nm工艺制造,面积12mmx12mm,是继英伟达tegra3和三星exynos4412之后第四款四核A9处理器。他是一款高性能CPU,主频分为1.2GHz和1.5GHz,是华为自主设计,采用ARM架构35NM、64位内存总线,是Tegra 3内存总线的两倍。K3V2还只是单纯的CPU+GPU,并没有集成无线模块。
Krait 400 架构- 美国高通用ArmV7-a指令集而设计(小米4采用高通骁龙801,引用armlibv7a.so)