cpu在计算机中的性能指标 cpu在计算机中的作用是什么( 四 ) _数码科技

比如，Intel在1989年推出的80486处理器就吸收了RISC所擅长的流水线技术，为了采用流水线，Intel在CPU中添加了***，将原始的X86指令解码成简短的微指令（μ-ops），经过解码后，X86CPU的运行与RISC差异或正在缩小。
CPU指令集：以Intel指令集升级为例
Intel沿用的指令集包括MMXSSESSE2SSE3SSSE3SSE4.1SSE4.2AVXAVX2AVX-512，指令集的升级采用增量升级的方式。
例如：MMX是Intel推出较早的一项指令集，包括57条多媒体指令，作用是一次处理多个数据，在处理结果超过实际能力的时候也能正常处理；SSE对图像处理、浮点运算、3D运算、视频音频处理等多媒体运算起到全面增强的作用。
Intel指令集还包括扩展指令集，以适应不同使用场景需求，如EM64T为服务器和工作站平台提供扩充的内存寻址能力。
CISC和RISC逐步融合：以ARM为例
ARM通过指令集的升级实现CPU性能跃升，在原有指令集中增添新的指令实现升级。
ARMv4增加了16位Thumb指令集，作用是减少指令的存储空间。
ARMv5引入SIMD指令，将语音及图像的处理功能提升至原来的4倍。
ARMv6引入了混合16位/32位的Thumb-2指令集，与Thumb相比减少使用31%的内存，性能提高40% 。
ARMv8引入A64指令集，使架构可以在AArch64（针对64位处理技术）下运行，同时原有指令集可在AArch32状态运行。
ARMv9可以完全兼容ARMv8，同时提高了安全性、机器学习能力、向量处理能力和数字信号处理能力。
CPU指令集：特性决定应用领域
早期指令集的特性决定应用领域。
根据不同的指令集和架构特点，适用于不同的领域。其中RISC指令集具有低功耗的特点，衍生出ARM、MIPS和RISC-V等指令架构，广泛应用于嵌入式和移动领域；CISC以高性能著称，代表是X86指令架构，广泛应用于PC端和服务器端。
CPU指令集：生态的源头
指令集是生态的源头，生态要针对相应的指令集架构进行兼容优化，才能最大限度和稳定的发挥软件性能。
CPU的生态包括相应操作系统，工具链以及应用软件，一定规模的生态将构筑起CPU行业的进入壁垒。
Wintel、AA体系高筑生态壁垒，形成主导。
两大主导生态体系：1）基于X86指令系统和Windows操作系统的Wintel体系；2）基于 ARM 指令系统和 Android 操作系统的 AA 体系。
Wintel凭借高性能X86架构与先发优势占领桌面 CPU 市场；AA依靠开源、可二次开发指令结构的优势立足于低功耗、性能需求较低的移动市场。
生态决定进入壁垒的高低
X86高性能利于进入PC和服务器市场，高生态壁垒造就主导。
在PC端和服务器市场，X86系列以极高的性能与Windows绑定形成“Wintel”主导联盟，主流的厂商都是基于X86系列对软件进行兼容优化，从而在PC和服务器市场上建立起了庞大的生态体系。重构生态环境的高成本形成进入壁垒。
ARM低功耗利于进入移动端，生态闭环实现主导。
凭借独特的IP授权的商业模式，成功在移动终端、嵌入式设备的某些细分领域占据90%以上份额，形成完整生态闭环。桌面PC市场，ARM份额逐渐变大，苹果MacOS、新版windows均采用ARM 。国内企业中，华为鲲鹏也采用ARM服务器。
MIPS指令集在工控机、网络设备中应用广泛，国内某L厂商为重要玩家。
RISC-V指令集具有开源、精简、可扩展性强、可定制化特点，十分契合物联网、5G、AI等新兴领域的应用，国内外企业纷纷布局，或将成为中国芯片自主化的关键突破口。
我们认为，从性能和成本出发，ARM在服务器和PC端市场替代X86存在可能性。
性能：随着技术的不断迭代，现阶段CISC与RISC已逐步走向融合；同时ARM架构性能方面不输于X86，且功耗低、性能设计自由度高、自主化程度强。
成本：在云端采用ARM平台服务器，可以做到端云同构，大幅节省原先云端x86+边缘端ARM开发调试成本，使各大企业有充足动力更换服务器端指令架构。
如今ARM凭借性能、成本等优势，在低端市场实力较强，但Arm发布的Neoverse V1和N2在性能上有很大提升，有望进一步挑战x86架构。
指令集发展趋势1：ARM在服务器端有望打破生态壁垒逐步替代X86
在服务器和PC端市场，巨头开始拥抱Arm生态。
2020年，苹果新一代Mac book Air发布，使用了基于ARM架构的M1处理器，跑分结果超过Intel i9处理器。华为云、微软Azure、Google也一直计划部署ARM服务器。
我们认为：1）短期内，X86架构的生态护城河极为宽阔。ARM架构突破需要一定的积累。2）中长期来看，ARM系若大力投入打造完整的产业生态，打通在服务器端稳定性和生态壁垒，有望占据更多市场份额。