序文
全員に CPU について知っているかどうか尋ねた場合、否定的な答えは得られないと思いますが、ARM と X86 アーキテクチャについて知っているかどうかを尋ね続けると、 a>言葉を失う人もいると思います 、両者の違いは何ですか?
現在、ディープ ラーニング、ハイ パフォーマンス コンピューティング、NLP、AIGC、GLM、AGI の技術的反復により、大規模モデルの迅速な開発が容易になっています。複数のコンピューティング能力 (CPU+GPU) の組み合わせに対する需要はますます高くなっています。CPU について理解していなければ意味がありません。したがって、この記事では< a i=3> CPU アーキテクチャを深く理解し、2 つの主流の CPU アーキテクチャ (ARM と X86) を分析します。
導入
中央処理装置 (CPU) は、コンピュータのコンピューティング コアおよび制御コアです。 CPU、内部メモリ、および入出力デバイスは、電子コンピュータの 3 つのコア コンポーネントです。その機能は主に、 コンピュータ命令を解釈し、 コンピュータソフトウェアでデータを処理することです。
CPU は、演算ユニット、コントローラ、レジスタ、およびそれらの間の接続を実装するデータ、制御、ステータス バスで構成されます。。ほぼすべての CPU の動作原理は、フェッチとデコード、実行、ライトバックの 4 つの段階に分けることができます。 a>。 CPU はメモリまたはキャッシュから命令をフェッチし、命令レジスタに配置し、デコードして実行します
プロセッサシリーズ
x86
Intel シリーズ: Celeron、Pentium、Core のローエンドからハイエンドまで
AMD シリーズ: ローエンドからハイエンドまでの Semporn、Athlon、Phenom シリーズ
インテルは x86 アーキテクチャ プロセッサのリーダーであるため、以下の場所で使用される場合があります。インテル プロセッサは x86 アーキテクチャ プロセッサを指します
注: 上記 2 社は主に x86 アーキテクチャを製造していますが、ARM アーキテクチャも製造しています。たとえば、2016 年に AMD は ARM アーキテクチャに基づくプロセッサである Opteron A1100 を発売しました。
腕
基本的にはイギリスのARM社のプロセッサシリーズであり、クアルコム、アップル（サムスン製）、サムスン、ファーウェイなどARM社が認定したすべての企業が対象となります。
命令セットの違い
X86 と ARM を理解したい場合は、まず複雑命令セット コンピュータ (CISC) と縮小命令セット コンピュータ (RISC) を理解する必要があります
複雑な命令セット
CISC マイクロプロセッサではプログラムの命令が順番にシリアルに実行され、各命令内の演算もシリアルに実行されます。順番に。 逐次実行の利点は制御が簡単なことですが、コンピュータのさまざまな部分の使用率が高くなく、実行速度が遅いことです。 CISC アーキテクチャ サーバーは主に IA-32 アーキテクチャ (インテル アーキテクチャ) に基づいており、そのほとんどはミッドエンドからローエンドのサーバーで使用されています
コンピュータの命令システムは比較的豊富で、特定の機能を実行するための特別な命令が備わっているため、特別なタスクをより効率的に処理できます。マシンのメモリには多くの操作命令が含まれており、操作は簡単です。豊富な回路ユニットを内蔵しているため高機能、大面積、高消費電力です。
該当する分野:PCとサーバー
注：x86 架构 主要采用 复杂指令集
削減された命令セット
RISC は、より少ない種類のコンピュータ命令を実行するマイクロプロセッサです。1980 年代の MIPS ホスト (RISC マシン) に由来します。RISC マシンで使用されるマイクロプロセッサは総称して呼ばれます。 RISC プロセッサ
RISC プロセッサは、より高速に演算を実行できます (1 秒あたりの命令数が 100 万以上、つまり MIPS)。コンピュータは各種類の命令を実行するために追加のトランジスタと回路要素を必要とするため、コンピュータ命令セットが大きくなるとマイクロプロセッサがより複雑になり、動作の実行速度が遅くなります。
設計者は頻繁に使用される命令に主に焦点を当て、それらをシンプルかつ効率的にしようとするため、あまり使用されない機能は命令を組み合わせることで完成するため、RISC マシン上で実装する場合特殊な機能を使用するため、効率は低い可能性がありますが、パイプライン テクノロジとスーパースカラ テクノロジを使用することで改善および補うことができます
制御を簡素化するためにメモリ操作には制限があります。含まれるユニット回路の数が少ないため、面積が小さく、消費電力が低い
該当する分野:モバイルデバイスと組み込みシステム
注: **ARM アーキテクチャ ** は主に縮小された命令セットを使用します。
要約する
CPU の消費電力に関しては、RISC と CISC は 2 つの異なる道をたどりました。 CISC はパフォーマンス ルートを採用し、まずパフォーマンスを向上させ、次に消費電力を向上させます。 PC で使用する場合、消費電力が大きくても問題はありませんが、金属シート、ファン、水冷などのデバイスを使用して熱を放散する方法を常に検討してください。 RISC は低電力路線を採用しており、バッテリーの使用が必要なシナリオを対象としています。低消費電力が第一原則であり、次にパフォーマンスが続きます。あ>
64ビットコンピューティング
x86
ADM は、x86 命令セットの 64 ビット バージョンを最初に開発しました。64 ビット命令セットは x86-64 (x64 と呼ばれます) と呼ばれます。
Intel は、32 ビット x86 アーキテクチャを 64 ビット アーキテクチャに進化させるのは非効率的であると考え、IA64 と呼ばれる新しい 64 ビット プロセッサ プロジェクトを作成し、Itanium シリーズのプロセッサを作成しました。
その後、AMD は IA64 と互換性のあるプロセッサを構築できないことがわかったので、64 ビット アドレッシングと 64 ビット レジスタを含めるように x86 を拡張しました。最終的なアーキテクチャは AMD64 で、ADM は最終的に x86 プロセッサの 64 ビット バージョンの標準となりました。結局、Intel は Itanium シリーズのプロセッサを完全に放棄し、 最終的に AMD64 を採用しました。
腕
モバイル デバイスでの 64 ビット コンピューティングの需要を認識した ARM は、2011 年に ARMv8 64 ビット アーキテクチャをリリースしました。ARM は、オリジナルの原理と命令セットに基づいて、簡潔な 64 ビット アーキテクチャを開発しました。 AArch32 と AArch64 は 2 つの実行モード、ARMv8
ARM 設計の独創性は、プロセッサが動作中に 2 つのモードをシームレスに切り替えることができることです。これは、64 ビット命令用のデコーダが 32 ビット命令を考慮することなく新たに設計され、プロセッサは下位互換性を維持できることを意味します。< /span>
異種コンピューティング
ARM の big.LITTLE アーキテクチャは、今日業界が直面している課題に対処します。高性能で極めてエネルギー効率の高いシステム オン チップを作成する方法(SoC) バッテリー寿命を延ばす
big.LITTLE アーキテクチャでは、プロセッサはさまざまなタイプにすることができます。従来のデュアルコアまたはクアッドコアプロセッサには、同じ 2 つまたは 4 つのコアが含まれています。デュアルコア Atom プロセッサには、同じパフォーマンスを提供し、同じ電力を消費する 2 つの同一のコアがあります。 ARM は、big.LITTLE を使用して、モバイル デバイスにヘテロジニアス コンピューティングをもたらします 。これは、プロセッサ内のコアのパフォーマンスと消費電力が異なる可能性があることを意味します。デバイスが通常に動作している場合は低電力コアが使用され、複雑なゲームを実行している場合は高性能コアが使用されます
Big.Little システム内の 2 つのプロセッサ間でのワークロードの効率的かつシームレスな切り替えは、高度な ARM システム IP の開発によって実現され、Cortex-A15 プロセッサと Cortex-A7 プロセッサ間の完全なキャッシュ、I/O の一貫性が保証されます。
big.LITTLE の基礎となる原理とメカニズムについて詳しく知りたい場合は、次の内容を参照できます。< a i=3> ARM 公式 Web サイトの説明
公式説明:
消費電力比較
かつては、低消費電力プロセッサと高演算能力プロセッサは明確に区別されており、高演算能力を目指すのが x86 アーキテクチャ、低消費電力を目指すのが ARM アーキテクチャであるという固定観念がありました。
しかし、Apple が M1 チップをリリースして以来 (現在の M2 チップは、同等の x86 プロセッサの性能をはるかに上回っています)、他の ARM プロセッサの急速な開発により、人々は突然次のことに気づきました。低消費電力で始まった ARM は、高い計算能力も実現でき、より高いパフォーマンスとより低い電力を真に実現できることが判明しました。消費
2022 年に Ampere が提供したデータによると、その CPU パフォーマンスは従来の x86 プロセッサの 3 倍であり、パフォーマンス対電力比はほぼ 4 倍優れています。 、Ampere Altra シリーズは、x86 サーバー CPU と比較して、エネルギー消費の 50% を使用し、パフォーマンスの 200% を提供できます。
参考リンク
- ARM と X86 アーキテクチャの違いが分からないとしても、CPU を理解しているとは言わないでください。 - 志胡 (zhihu.com)
- ARM と x86: 違いは何ですか? (redhat.com)
- CPU の基本概念 - Zhihu (zhihu.com)
- CPUの紹介と選び方、これを読んで理解できましたか？ - 志胡 (zhihu.com)
- CPUとは何ですか? – CPUの詳しい解説 – AWS (amazon.com)
- CISCとRISCの特徴と違い - 若旦那ならぬ初心者 - ブログパーク (cnblogs.com)
- CPU_X86 アーキテクチャと ARM アーキテクチャの紹介 - Tencent Cloud 開発者コミュニティ - Tencent Cloud (tencent.com)
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