서버, 컴퓨터 및 휴대폰에서 가장 중요한 전자 부품은 무엇입니까? 맞습니다. CPU 프로세서입니다. 주로 데이터 계산 및 제어 기능을 담당하며 핵심 부분입니다. 그러나 얼마나 많은 CPU 아키텍처가 있는지 알고 있습니까? 주류 X86과 ARM의 차이점은 무엇입니까?

 

다음은 몇 가지 일반적인 CPU 아키텍처입니다.

X86

1978 년 6 월 8 일, Intel은 X86 아키텍처 전설을 공식적으로 시작한 서사적 CPU 프로세서 8086을 출시했습니다. 8086은 처음으로 X86을 컴퓨터 언어 명령어 세트 로 도입 하고 몇 가지 기본 사용 규칙을 정의했으며 X86 아키텍처는 CISC 복합 명령어 세트를 사용합니다. 동시에 8086 프로세서의 대성공은 인텔을 직접적으로 거대 CPU로 만들었습니다. 8086에 익숙하지 않다면 펜티엄 프로세서에 대해 들어 보셨을까요? 또한 인텔은 8086K의 40 주년을 기념하기 위해 올해 기념 한정판 프로세서 코어 i7-8086K를 출시했습니다.

인텔 공식 웹 사이트의 사진

IA64 (Intel Architecture 64, Intel Architecture 64)

와우, IA64는 인텔에서 제작했지만 낯설게 들립니다. 그러나 이것은 실패라고 할 수 있습니다. X86이 64 비트 명령어 세트로 전환되었을 때 실수로 AMD가 하나를 추월했습니다. 결국 그는 HP와 협력하여 자체 IA64 명령어 세트를 시작할 수 있었지만이 역시 원점이기도 한 서버로 제한되었습니다. Itanium Itanium 프로세서의 (지금은 춥습니다).

x86 가이드의 그림

IA64가 RISC 명령어 세트의 연속인지 CISC 명령어 세트인지는 명확하게 말하기 어렵지만 IA64의 HP 기반 EPIC (명시 적으로 병렬 명령어 컴퓨터)의 관점에서 보면 RISC 시스템에 더 편향된 것 같습니다. .

MIPS (연동 파이프 스테이지가없는 마이크로 프로세서)

1980 년대 미국 스탠포드 대학의 Hennessy 교수 연구팀이 개발 한이 제품은 칩을 설계하기 위해 RISC (Reduced Instruction System Computing Architecture)를 사용합니다. 인텔에서 채택한 복잡한 명령 시스템 컴퓨팅 구조 (CISC)에 비해 RISC는 더 단순한 설계와 더 짧은 설계주기의 장점을 가지고 있으며 더 빠른 차세대 프로세서를 개발하기 위해 더 진보 된 기술을 적용 할 수 있습니다. MIPS는 가장 초기의 상용 RISC 아키텍처 칩 중 하나이며, 새로운 아키텍처는 모든 원래 MIPS 명령어 세트를 통합하고 더 많은 강력한 기능을 추가합니다. MIPS는 CPU 자체 만 설계 한 다음 설계 계획을 고객에게 라이센스하여 고객이 고성능 CPU를 제조 할 수 있도록합니다.

MIPS를 유명하게 만든 것은 2007 년 중국 과학원 컴퓨터 과학 연구소의 Loongson 프로세서가 MIPS의 모든 특허와 명령 세트 인증을 획득했고 중국이 MIPS 기반 CPU 연구 개발에 착수했기 때문일 수 있습니다. 도로.

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PowerPC

PowerPC는 Blue Giant IBM이 Apple 및 Motorola와 협력하여 개발 한 RISC 간소화 된 명령어 세트를 기반으로하는 CPU입니다 .PowerPC 아키텍처의 가장 큰 장점은 매우 유연하고 코어 수가 유연하고 가변적이므로 임베디드 장치에서 높은 효율., 서버 시장에서는 슈퍼 멀티 코어, 핸드 헬드에서는 듀얼 코어를 수행 할 수있어 성능이 우수하고 에너지 소비가 적으며 열 방출이 적습니다.

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ARM (Advanced RISC Machine, Advanced Reduced Instruction Set Machine)

ARM은 RISC 간소화 된 명령어 세트를 사용하여 CPU 아키텍처의 갑작스런 출현이라고 할 수 있으며, 오늘날까지 ARM의 개발은 아키텍처가 매우 유연하고 다양한 애플리케이션 시나리오에 따라 서로 다른 설계 코어를 사용할 수 있으므로 광범위하게 사용할 수 있습니다. 임베디드 시스템에 사용됨과 동시에 에너지 절약이 높으며 모든 종류의 모바일 장치에 존재합니다. 통계에 따르면 ARM 아키텍처를 사용하는 칩 의 연간 출하량은 200 억에 달하며 사물 인터넷 시대의 도래로 저전력 ARM 칩에 대한 수요가 폭발적으로 증가 할 것입니다.

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CISC와 RISC 간의 분쟁

위에서부터 우리는 오랜 역사에서 많은 CPU 아키텍처가 있었다는 것을 알고 있습니다 . 그들 사이의 차이점은 매우 큽니다. 시간과 사용자 테스트 후 일반적으로 접하는 CPU 아키텍처는 X86과 ARM뿐입니다., 핵심적인 차이점은 "복잡한 명령 세트"와 "축소 된 명령 세트"시스템의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 이는 종종 "CISC"와 "RISC"로 표시됩니다.

X86 및 ARM CPU 아키텍처를 이해하려면 먼저 CISC 복합 명령어 세트와 RISC 축약 명령어 세트를 이해해야합니다. 첫 번째 차이점은 X86은 복합 명령어 세트 (CISC)를 사용하고 후자는 축약 명령어를 사용한다는 것입니다. (RISC)를 설정합니다. 다른 명령어 세트를 사용하는 이유는 장비, 개체 및 성능 요구 사항이 다르기 때문입니다. 휴대폰 SoC는 일반적으로 ARM에서 제공하는 코어를 기반으로 사용하며 필요에 따라 SoC의 코어 아키텍처를 변경합니다. ARM은 정확히 RISC 간소화 된 명령어 세트를 대표합니다. 거대 CPU 인 Intel과 AMD가 채택한 X86 아키텍처는 수십 년 동안 사용되어 왔으며 CISC의 복잡한 명령어 세트를 대표합니다.

CISC 복합 명령어 시스템은 원래 명령어의 기능을 강화하고 더 복잡한 새 명령어를 설정하여 많은 반복 소프트웨어 기능의 하드웨어 화를 실현하는 것입니다. 초기 컴퓨터의 낮은 주 주파수와 느린 실행 속도로 인해 컴퓨팅 속도를 높이기 위해 컴퓨터의 처리 효율성을 높이기 위해 더 복잡한 명령을 명령 시스템에 추가해야했으며 점차 복잡한 명령 시스템 컴퓨터를 형성했습니다. 데스크톱 컴퓨터가 주도합니다. 명령어 세트는 지속적으로 업데이트되고 증가하고 있습니다. 예를 들어 Intel은 X299 플랫폼의 프로세서에 AVX  512 명령어 세트 를 추가했으며 , 그 목적은 성능의 특정 측면을 개선하는 것입니다.

CISC는 고성능 CPU 설계를 구현할 수 있지만 설계가 상당히 번거 롭습니다. 거대한 하드웨어 설계를 올바르게 유지하는 것은 쉽지 않습니다. 성능이 향상되고 되돌릴 수 없는지 확인하는 것도 필요합니다. 따라서 데스크탑 CPU는 개발 시간도 느리고 땅이 길어집니다. 이때 ARM이 이끄는 일부 RISC 단순화 명령어 시스템 컴퓨터가 등장하기 시작했습니다.

RISC는 불순물을 제거하고, 명령 기능을 단순화하고, 명령의 평균 실행주기를 줄이며, 컴퓨터 작업의 빈도를 높이는 목적을 달성하기 위해 CISC에서 본질을 취했다고 할 수 있습니다. 불필요한 읽기 및 쓰기 프로세스를 줄이고 하위 시스템을 개선하기위한 범용 레지스터. 프로그램 실행 속도, 이러한 방식으로 프로그램 실행 시간이 단축되고 주소 지정이 감소하며 컴파일 효율성이 향상되며 고성능을 목표로합니다. 달성.

이 두 명령어 세트는 차이점을 유지하면서 공통점을 찾고 있으며, 원래 설계된 효율적인 운영 목적을 달성하기 위해 아키텍처, 운영, 소프트웨어 및 하드웨어, 컴파일 시간 및 런타임과 같은 여러 요소 사이에서 일정한 균형을 추구하고 있습니다. .

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전력 소비 제한

CISC 및 RISC 설계 아이디어의 관점에서 모든 사람이 완전히 다른 길을 택하고 있음을 발견하는 것은 어렵지 않습니다. 전자는 고성능에 중점을 두지 만 높은 전력 소비를 가져오고 후자는 저전력 임베디드 시스템에 중점을 둡니다. 가장 강한 것은 너무 강하지 않습니다. 따라서 Intel과 AMD는 초 고성능 X86 프로세서를 설계하는 데 능숙한 반면 Qualcomm과 Apple은 성능에 초점을 맞춘 SoC 칩을 설계하기 위해 ARM IP 인증에 의존하고 있습니다.

이전 예제와 마찬가지로 Core i7-8086K는 95W의 전력 소비를 쉽게 소모 할 수 있지만 Qualcomm Snapdragon 845와 같은 상위 SoC는 주로 휴대폰 크기가 증가하기 때문에 5W에 불과한 1/19에 불과합니다. 용량 및 에너지 밀도 개발, 휴대 전화에 사용되는 ARM 코어는 낮은 전력 소비만을 가질 수 있습니다.

일반적으로 제조 공정이 진행됨에 따라 프로세서의 전력 소비를 줄일 수 있지만 최근에는 모바일 장치에 사용되는 SoC가 10nm 공정과 같은 더 작은 나노 기술 공정을 사용하는 데 앞장서고 있습니다. Snapdragon 845. 그 안에는 영리한 요소가 있지만 발전 속도는 Intel의 10nm 프로세스보다 훨씬 빠르며 SoC는 해당 프로세스의 저전력 버전을 가지므로 디자인이나 프로세스의 차이에 관계없이 ARM과 X86의 전력 소비로 이어졌습니다. 그 차이는 매우 큽니다.

크고 작은 핵심 아키텍처

구형 X86 기존 CPU에서는 쿼드 코어 또는 듀얼 코어 인 경우 내부 코어 4 개 또는 2 개가 정확히 동일합니다.이 경우 소프트웨어가 코어 1 개만 예약 할 수 있으면 높은 주파수에서 작동합니다. 아키텍처 제약으로 인해 다른 코어도 동일한 고주파수 및 고전압 상태를 유지해야하므로 쓸모없는 작업을 수행하는 데 많은 에너지가 낭비됩니다. 나중에 비동기식 멀티 코어가 개발되어 전력 소비를 낮추는 대가로 서로 다른 코어가 서로 다른 주파수에서 작동 할 수있게되었습니다.

모바일 기기는 전력 소비에 대해 더 우려하기 때문에 ARM은보다 급진적 인 접근 방식을 채택했습니다 .8 개의 코어 중 유명한 ARM bigLITTLE 인 다른 Cortex-A 아키텍처 코어 가 허용 됩니다. 이러한 크고 작은 코어의 설계 목적은 매우 명확하여 제한된 배터리 용량에서 성능과 내구성에 대한 요구를 고려한 것이므로 SoC 내부의 CPU는 고성능 대형 코어를 모두 갖춘 이기종 컴퓨팅을 사용합니다. 저전력 소형 코어.

bigLITTLE 프레임 워크, ARM 공식 웹 사이트의 사진

칩 설계자는 자신의 필요에 따라 대상 제품을 설계 할 수 있습니다. 예를 들어 현재 Qualcomm Snapdragon 845, Huawei의 Kirin 970 및 MediaTek Helio X30은 모두 bigLITTLE 아키텍처입니다.이 경우 Weibo 및 Moments 만 스캔하면됩니다. 작업을 완료하기 위해 작은 코어를 사용해야합니다. "PUBG Mobile"을 먹는 치킨 게임은 성능과 배터리 수명의 균형을 보장하기 위해 크고 작은 코어로 가득 차있을 수 있습니다.

따라서 ARM의 bigLITTLE 비동기식 멀티 코어 아키텍처는 참고할만한 가치가 있습니다. 인텔이이 기술을 10 세대 코어 프로세서 Lakefield에서 사용할 것이라는 소문도 있습니다. 고성능 대형 코어는 Ice Lake (차세대 Core)입니다. , 저전력 소형 코어는 Tremont (차세대 Atom)이므로 전체 전력 소비가 35W 이내로 제어되며 이는 투 인원 노트북에 사용됩니다.

ARM과 X86은 서로 통합 될 수도 있습니다.

이전에 우리는 또 다른 초 에너지 수업에 참여했습니다. "휴대폰 SoC와 컴퓨터의 CPU 성능의 차이는 무엇입니까? "내가 요약했듯이 RISC와 CISC는 각각 고유 한 장점이 있습니다. 현재이 둘 사이의 경계는 점차 흐려지고 있습니다. 최신 CPU는 종종 CISC의 주변 장치를 사용하는 반면 일부 RISC 기능은 내부적으로 추가됩니다. 인텔 프로세서는 RISC의 전형적인 예를 갖기 시작했습니다. 즉, CPU의 향후 개발 방향 중 하나는 CISC와 RISC를 통합하고 소프트웨어와 하드웨어의 장점을 배우고 프로세서의 병렬성과 프로세스 수준을 더욱 향상시키는 것입니다.

X86과 ARM은 성능과 전력 소비 측면에서 각각의 장점을 가지고 있습니다. ARM은 항상 고성능 서버 시장에 진입하고 싶었지만 항상 천둥과 비가 내 렸습니다. 얼마 전까지 만해도 인텔 서버의 위상에 도전하고 싶었던 퀄컴은 , ARM 서버 부서의 직원을 직접 해고했습니다. 50 %, 기술 부사장은 더 이상 활동하지 않습니다. ARM 프로세서는 X86 프로세서의 고성능을 확보하여 모바일 노트북에서 Qualcomm Snapdragon 835 Windows 노트북이 방금 출시되었지만 평가 및 반성 모두 평범합니다. 인텔은 X86 아키텍처 Atom을 사용하여 휴대폰 SoC를 만들었지 만 여전히 ARM에 손실되어 수십억 달러를 잃고 마침내 프로젝트를 직접 중단했습니다. 정직하게 X86 프로세서를 구축했습니다.

따라서 ARM과 X86은 모두 각자의 분야에서 확고한 발판을 마련했으며, 디자인 초기에 개념이 다르기 때문에 상대방의 분야에 침투하기가 어려웠습니다. 앞으로 줄어들고 둘 사이의 차이는 앞으로 줄어들 수 있습니다.

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