CPU架構和GPU分類詳解

CPU架構是CPU廠商給屬于同一系列的CPU產(chǎn)品定的一個規(guī)范，主要目的是為了區(qū)分不同類型CPU的重要標示。目前市面上的CPU指令集分類主要分有兩大陣營，一個是intel、AMD為首的復雜指令集CPU，另一個是以IBM、ARM為首的精簡指令集CPU。兩個不同品牌的CPU，其產(chǎn)品的架構也不相同，例如，Intel、AMD的CPU是X86架構的，而IBM公司的CPU是PowerPC架構，ARM公司是ARM架構。

CPU架構主要有：X86/Atom、ARM、MIPS、PowerPC等等

x86系列/Atom處理器

xx86或80x86是英代爾Intel首先開發(fā)制造的一種微處理器體系結構的泛稱。

x86架構是重要地可變指令長度的CISC（復雜指令集電腦，Complex InstrucTIon Set Computer）。

Intel Atom（中文：凌動，開發(fā)代號：Silverthorne）是Intel的一個超低電壓處理器系列。處理器采用45納米工藝制造，集成4700萬個晶體管。L2緩存為512KB，支持SSE3指令集，和VT虛擬化技術（部份型號）。

ARM系列

ARM架構，過去稱作進階精簡指令集機器（Advanced RISC Machine，更早稱作：Acorn RISC Machine），是一個32位精簡指令集（RISC）處理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設計。由于節(jié)能的特點，ARM處理器非常適用于移動通訊領域，符合其主要設計目標為低耗電的特性。

在今日，ARM家族占了所有32位嵌入式處理器75%的比例，使它成為占全世界最多數(shù)的32 位架構之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產(chǎn)品上看到，從可攜式裝置（PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電子游戲，計算機）到電腦外設（硬盤、桌上型路由器）甚至在導彈的彈載計算機等軍用設施中都有他的存在。在此還有一些基于ARM設計的派生產(chǎn)品，重要產(chǎn)品還包括Marvell 的XScale架構和德州儀器的OMAP系列。

優(yōu)勢：價格低；能耗低

ARM 授權方式：ARM 公司本身并不靠自有的設計來制造或出售 CPU ，而是將處理器架構授權給有興趣的廠家。ARM 提供了多樣的授權條款，包括售價與散播性等項目。對于授權方來說，ARM 提供了 ARM 內核的整合硬件敘述，包含完整的軟件開發(fā)工具（編譯器、debugger、SDK），以及針對內含 ARM CPU 硅芯片的銷售權。對于無晶圓廠的授權方來說，其希望能將 ARM 內核整合到他們自行研發(fā)的芯片設計中，通常就僅針對取得一份生產(chǎn)就緒的智財核心技術（IP Core）認證。對這些客戶來說，ARM 會釋出所選的 ARM 核心的閘極電路圖，連同抽象模擬模型和測試程式，以協(xié)助設計整合和驗證。需求更多的客戶，包括整合元件制造商（IDM）和晶圓廠家，就選擇可合成的 RTL（暫存器轉移層級，如 Verilog）形式來取得處理器的智財權（IP）。借著可整合的 RTL，客戶就有能力能進行架構上的最佳化與加強。這個方式能讓設計者完成額外的設計目標（如高震蕩頻率、低能量耗損、指令集延伸等）而不會受限于無法更動的電路圖。雖然 ARM 并不授予授權方再次出售 ARM 架構本身，但授權方可以任意地出售制品（如芯片元件、評估板、完整系統(tǒng)等）。商用晶圓廠是特殊例子，因為他們不僅授予能出售包含 ARM 內核的硅晶成品，對其它客戶來講，他們通常也保留重制 ARM 內核的權利。

生產(chǎn)廠商：TI （德州儀器），Samsung（三星），F(xiàn)reescale，Marvell，Nvidia（英偉達）等等。

MIPS系列

MIPS（Microprocessor without interlocked piped stages，“無內部互鎖流水級的微處理器”），是世界上很流行的一種精簡指令集RISC處理器，其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關問題。它最早是在80年代初期由斯坦福（Stanford）大學Hennessy教授領導的研究小組研制出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎上開發(fā)的RISC工業(yè)產(chǎn)品的微處理器。這些系列產(chǎn)品為很多計算機公司采用構成各種工作站和計算機系統(tǒng)。

MIPS技術公司是美國著名的芯片設計公司，它采用精簡指令系統(tǒng)計算結構（RISC）來設計芯片。和英特爾采用的復雜指令系統(tǒng)計算結構（CISC）相比，RISC具有設計更簡單、設計周期更短等優(yōu)點，并可以應用更多先進的技術，開發(fā)更快的下一代處理器。MIPS是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構芯片之一，新的架構集成了所有原來MIPS指令集，并增加了許多更強大的功能。 MIPS自己只進行CPU的設計，之后把設計方案授權給客戶，使得客戶能夠制造出高性能的CPU。

PowerPC系列

PowerPC 是一種精簡指令集（RISC）架構的中央處理器（CPU），其基本的設計源自IBM（國際商用機器公司）的IBM PowerPC 601 微處理器POWER（Performance OpTImized With Enhanced RISC；《IBM Connect 電子報》2007年8月號譯為“增強RISC性能優(yōu)化”）架構。

GPU英文全稱Graphic Processing Unit，中文翻譯為“圖形處理器”。（圖像處理單元）GPU是相對于CPU的一個概念。GPU是顯卡的“心臟”，也就相當于CPU在電腦中的作用，它決定了該顯卡的檔次和大部分性能，同時也是2D顯示卡和3D顯示卡的區(qū)別依據(jù)。

ImaginaTIon公司的PowerVR

Imagination技術公司并不介入ARM處理器生產(chǎn)，他們專注于是移動GPU技術授權，因為專業(yè)所以強大，Imagination絕對是移動平臺 GPU授權的老大，即便是Intel的Atom處理器及桌面的GMA 500也使用了PwerVR系列GPU核心，他們的觸角伸得很廣，并不局限于ARM陣營。

Imagination公司的授權伙伴主要有Intel、蘋果、聯(lián)發(fā)科、LG、高通、瑞薩、三星、海思、Marvell、索尼等等，幾乎都是大腕，其中Intel和蘋果還是Imagination公司的大股東之一。

高通的Adreno

作為屈指可數(shù)（如果不是唯一一個）可以自己改進ARM指令的移動處理器廠商，說高通是安卓陣營移動處理器一哥估計沒人會反對，再加上高通的3G技術及基帶上的優(yōu)勢，高通處理器絕對是近年來最熱門的選擇之一，順帶著也把高通的Adreno圖形核心帶火了。

跟ARM親生的兒子Mali不同，高通的Adreno其實是領養(yǎng)的，Adreno原本是ATI旗下的移動GPU部門，當時叫做Imageon，主要為當時的掌上平臺提供圖形核心，2006年AMD收購了ATI，Imageon部分也進入了AMD公司。收購ATI之后AMD就進行了改組，Imageon部分很不幸地成為多余資產(chǎn)，最終在2008年末被高通以區(qū)區(qū)6500萬美元的代價買走，現(xiàn)在就是高通的Adreno圖形部門了。（不知道AMD看到現(xiàn)在的情況是否會后悔？）

ARM公司的Mali

RM公司不僅提供ARM處理器授權，他們也有一整套GPU授權方案——Mali。由于親生的血緣關系，Mali在好爸爸ARM的幫助下也攻城掠地，很多不具備獨立開發(fā)GPU技術的芯片供應商都直接使用了ARM處理器+Mali GPU的設計，比如三星、瑞芯微、展訊、意法半導體、全志等，其中三星和全志還是出貨量大戶，所以Mali GPU的份額和出貨量可不低。

NVIDIA（主要是PC市場，移動市場也有）

現(xiàn)在最大的獨立顯卡生產(chǎn)銷售商。

NVIDIA也同樣銷售固化在主板上的集成顯卡，這些顯卡隨著主板一起發(fā)售，但是由于AMD兼并ATI后自身主板芯片能力提高，NV主板如日中天的景象已經(jīng)失去了半壁江山。

Vivante的GCxx

與PowerVR、Mali、Adreno等明星相比，Vivante公司的GC系列GPU核心就不太為人熟知了，就連市場份額比它少的Tegra系列都比Vivante知名。去年讓Vivante露一大臉的是華為旗下的海思K3V2，這顆號稱“世界最快四核”的移動處理器在華為去年的Ascend D1四核、榮耀2四核以及今年初的Ascend D2、6.1寸超大屏的Mate上全面應用，其16核GPU實際上就源于Vivante的GC系列GPU。

AMD（ATI）（主要PC市場）

世界上第二大的獨立顯卡生產(chǎn)銷售商，他的前身就是ATI。

他的顯卡主要就是大家熟悉的HD系列。由于AMD兼并ATI后，其主板市場迅速擴大，已經(jīng)奪取了NVIDIA在AMD處理器主板的半壁江山。

就發(fā)售量和發(fā)售盈利方面，AMD顯卡方面仍然略輸于NVIDIA，不過兩者不相伯仲。

Intel（主要是PC市場）

Intel不但是世界上最大的CPU生產(chǎn)銷售商，也是世界最大的GPU生產(chǎn)銷售商。

Intel的GPU在現(xiàn)在完全是集成顯卡，用于Intel的主板和Intel的筆記本。

現(xiàn)如今，在移動處理器市場中主要的廠家有：

出手不凡的大廠：蘋果、高通、三星、英特爾

暗自神傷，退出市場：退出市場TI、NVIDIA

國產(chǎn)廠商：華為海思、展訊、全志、瑞芯微、炬力

國產(chǎn)計算機處理器廠商：中科龍芯、申威、飛騰、中晟宏芯、兆芯、海光

優(yōu)勢：價格低；能耗低

ARM 授權方式：ARM 公司本身并不靠自有的設計來制造或出售 CPU ，而是將處理器架構授權給有興趣的廠家。ARM 提供了多樣的授權條款，包括售價與散播性等項目。對于授權方來說，ARM 提供了 ARM 內核的整合硬件敘述，包含完整的軟件開發(fā)工具（編譯器、debugger、SDK），以及針對內含 ARM CPU 硅芯片的銷售權。對于無晶圓廠的授權方來說，其希望能將 ARM 內核整合到他們自行研發(fā)的芯片設計中，通常就僅針對取得一份生產(chǎn)就緒的智財核心技術（IP Core）認證。對這些客戶來說，ARM 會釋出所選的 ARM 核心的閘極電路圖，連同抽象模擬模型和測試程式，以協(xié)助設計整合和驗證。需求更多的客戶，包括整合元件制造商（IDM）和晶圓廠家，就選擇可合成的 RTL（暫存器轉移層級，如 Verilog）形式來取得處理器的智財權（IP）。借著可整合的 RTL，客戶就有能力能進行架構上的最佳化與加強。這個方式能讓設計者完成額外的設計目標（如高震蕩頻率、低能量耗損、指令集延伸等）而不會受限于無法更動的電路圖。雖然 ARM 并不授予授權方再次出售 ARM 架構本身，但授權方可以任意地出售制品（如芯片元件、評估板、完整系統(tǒng)等）。商用晶圓廠是特殊例子，因為他們不僅授予能出售包含 ARM 內核的硅晶成品，對其它客戶來講，他們通常也保留重制 ARM 內核的權利。

生產(chǎn)廠商：TI （德州儀器），Samsung（三星），F(xiàn)reescale，Marvell，Nvidia（英偉達）等等。

MIPS系列

MIPS（Microprocessor without interlocked piped stages，“無內部互鎖流水級的微處理器”），是世界上很流行的一種精簡指令集RISC處理器，其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關問題。它最早是在80年代初期由斯坦福（Stanford）大學Hennessy教授領導的研究小組研制出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎上開發(fā)的RISC工業(yè)產(chǎn)品的微處理器。這些系列產(chǎn)品為很多計算機公司采用構成各種工作站和計算機系統(tǒng)。

MIPS技術公司是美國著名的芯片設計公司，它采用精簡指令系統(tǒng)計算結構（RISC）來設計芯片。和英特爾采用的復雜指令系統(tǒng)計算結構（CISC）相比，RISC具有設計更簡單、設計周期更短等優(yōu)點，并可以應用更多先進的技術，開發(fā)更快的下一代處理器。MIPS是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構芯片之一，新的架構集成了所有原來MIPS指令集，并增加了許多更強大的功能。 MIPS自己只進行CPU的設計，之后把設計方案授權給客戶，使得客戶能夠制造出高性能的CPU。

PowerPC系列

PowerPC 是一種精簡指令集（RISC）架構的中央處理器（CPU），其基本的設計源自IBM（國際商用機器公司）的IBM PowerPC 601 微處理器POWER（Performance Optimized With Enhanced RISC；《IBM Connect 電子報》2007年8月號譯為“增強RISC性能優(yōu)化”）架構。