“CPU”恩怨情仇

一，什么是cpu?

CPU(Central Processing Unit)即中央处理单元，是一块超大规模的集成电路、是一台计算机核心和控制核心。其功能主要是“解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据”。主要包括：

• 运算器（ALU,Arithmetic and Logic Unit）
• 控制器（CU，Control Unit）
• 若干个寄存器和高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线。

CPU内部存储器和输入、输出设备合称为“电子计算机三大核心部件”。

二，ARM和X86的恩怨情仇

ARM和X86是CPU的两种不同架构。
区别在于：

1，逻辑角度

Intel x86使用复杂指令集（CISC）；而ARM使用精简指令集（RISC）。
举例说明：
同样是控制计算机完成一项工作，Intel 需要发出很多指令来指挥计算机完成各个步骤；而ARM只需发出简单的指令便可完成简单的功能。其原因在于，Intel是将不同单个“动作（步骤）”组合在一起完成整个操作，而ARM的功能较模块化，即只需下达完成某个简单操作的指令，ARM就会执行整个操作。

2，制造工艺

Intel的强项是设计超高性能的处理器；ARM设计的是低功耗处理器。Intel i7处理器平均发热功率为45W，基于ARM的SoC（片上系统，System on Chip）发热最大功率大约为3W。制造工艺纳米数越小，能量的使用效率越高。

3，64位计算

Intel并没有开发64位版本的X86指令集。64位的指令集名为X86-64，实际上是AMD设计开发的。ARM拥有ARM V8 64架构。这是基于原有的原则和指令集，开发的一个简明的64位架构。

4，异构计算

ARM的big.LITTLE架构，即处理器中的核可以有不同的性能和功耗。当设备正常运行时，使用低功效核；当运行复杂游戏时，使用的高性能的核。因为处理器执行指令有两种方式：

• 顺序执行：性能差、速度慢、功耗小。
• 乱序执行：性能强、速度快、功耗大。

而ARM的big.LITTLE架构可以拥有两个不同的核心，一个核心顺序执行、另一个核心乱序执行，在合适的时间可使用合适的核。

5，功耗

CPU的功耗主要与两方面有关：

• 工艺流程
• 设计

对于工艺流程而言，Intel的工艺比ARM领先一代（2-3年）。对于同样的设计，Intel设计出来的更紧凑、能量使用效率更高。

对于设计而言，有可分为：

• 前端设计
• 后端设计

对于前段设计：

X86的对指令的乱序执行能力很强，但X86增强了单核的多线程能力，因此，为了保持高性能，就让大部分模块都保持开启，时钟也保持切换。这样的后果就是耗电高。
ARM对指令的乱序执行能力不如X86，但顺序执行能力强。并且依靠多核来执行。这样，就容易保持子模块和时钟信号的关闭。因而耗电少。

对于后端设计：

后端设计处理电压、时钟等问题，是耗电的直接因素。晶体管耗电主要有两个原因：一个是动态功耗；另一个是漏电功耗。动态功耗是指晶体管在输入电压切换的时候产生的耗电。所有逻辑功能的0/1切换，归根到底都是时钟信号的切换。若时钟信号保持不变，那么这部分的功耗就为0。这就是“门控时钟（Clock Gating）”。而漏电功耗可以通过关掉某个模块的电源来控制（Power Gating）。

门控时钟恢复时间较短，电源控制的时间较长。因为恢复工作时候模块间是有先后次序的，不遵照这个次序就无法恢复。而遵照这个次序就会使总恢复时间变长。所以，为了省电，可关闭一些暂时不用的处理器模块，但也不能轻易的关闭，否则，一旦需要，恢复的时间会很长。总体的性能显然降低。

三，SoC

SoC(System on Chip),简称“片上系统”，是指将CPU、图形、视频、音频、网络等功能集成在一个芯片中的系统级芯片。