淺談64位處理器的發(fā)展與未來

　　隨著科技的發(fā)展，智能手機的普及，手機硬件成為了人們衡量一款手機的重要因素，同時也成為了廠商營銷推廣的主要噱頭。在經(jīng)歷過真假八核之爭、屏幕、攝像頭像素等等拼比后，64位移動處理器以及64位技術(shù)也成為了各大廠商與芯片級廠商拼斗的主要論點。那么，什么是64位處理器，它與目前32位處理器又什么優(yōu)勢，對于用戶與廠商以及整個行業(yè)又有哪些影響?針對種種問題，本期的鋒狂百科就讓我們一起來了解下64位處理器。

　　64位處理器發(fā)展歷史

　　說到64位處理器，歷史可能有點長，因為早在半個世紀前，IBM就已經(jīng)提出了“64位”處理器的概念。在當時，也就是1961年，IBM所發(fā)布的IBM7030Stretch超級電腦，就已經(jīng)開始從32位數(shù)據(jù)字組發(fā)展到64位的指令字組。

　　而在隨后的幾十年里，又隨著計算機的飛速發(fā)展，人們開始意識到32位技術(shù)及基于32位架構(gòu)的處理器已經(jīng)無法滿足服務器的重量負擔時，才開始向64位技術(shù)展開研究。到了90年代，64位處理器才真正在進入全面發(fā)展階段，其中包括像IBM、intel、AMD以及HP這樣的科技巨頭都開始將64位技術(shù)視為下一代處理器發(fā)展的重要技術(shù)之一。

　　到了2000年以后，intel與AMD先后面向桌面級平臺推出了64位處理器，系統(tǒng)方面，Linux系統(tǒng)與微軟Windows系統(tǒng)也開始推出64位版本。直到今天，64位處理器以及系統(tǒng)在PC領(lǐng)域才算上真正成熟。

　　而到了移動領(lǐng)域，從功能機到智能機的發(fā)展，人們才慢慢開始對處理器重視起來。從最初的單核到雙核，再到四核乃至今天的八核處理器，雖然從使用意義上來說，如今手機的性能已經(jīng)完全滿足用戶的使用需求，但隨著設(shè)備的發(fā)展和新技術(shù)──語音識別、3D游戲和高分辨率顯示屏發(fā)展與普及。現(xiàn)在的八核處理器相信不久后，也將達到極限。可能有的網(wǎng)友會問，八核之后，廠商會不會推出16核處理器，對于這個問題，未來肯定會有，但在當下，由于核心越堆越多，對于功耗的要求，也越來越高，在沒有解決功耗這個問題之前，引入已經(jīng)成熟的64位計算技術(shù)似乎成了上游芯片級廠商的共同認知。

　　在2011年，移動領(lǐng)域的芯片級霸主ARM公司正式推出了基于64計算技術(shù)的新一代處理器架構(gòu)──ARMv8架構(gòu)。這也是ARM公司的首款支持64位指令集的處理器架構(gòu)。并于2012年間推出基于ARMv8架構(gòu)的處理器內(nèi)核與開始授權(quán)，而面向消費者和企業(yè)的樣機于2013年由蘋果的A7處理器上首次運用。

　　到了2014年，ARM下游芯片級廠商，也都紛紛開始基于ARMv8架構(gòu)推出了64位處理器，如高通的Snapdragon410、610、615、808、810;三星的Exynos5433;英偉達的TegraK1以及英特爾推出的凌動處理器Z3480等等。相信到了2015年，市面上會有一大波采用64位處理器手機上市。

　　64位處理器的優(yōu)勢

　　64位處理器其中的“64”指的是寄存器，為了處理數(shù)據(jù)，暫時儲存結(jié)果，或者做間接尋址等等動作，每個處理器都具備一些內(nèi)建的內(nèi)存，這些能夠在不延遲的狀態(tài)下存取的內(nèi)存就稱為寄存器。32位的處理器為什么會比64位處理器的性能差很多，這其實是一個受虛擬和實際內(nèi)存尺寸的限制影響。主流的32位處理器在性能執(zhí)行模式方面存在一個嚴重的缺陷：當面臨大量的數(shù)據(jù)流時，32位的寄存器和指令集不能及時進行相應的處理運算。”

　　所謂32位處理器就是一次只能處理32位，也就是4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，而64位處理器一次就能處理64位，即8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。如果我們將總長128位的指令分別按照16位、32位、64位為單位進行編輯的話：舊的16位處理器，比如Intel的80286CPU需要8個指令，32位的處理器需要4個指令，而64位處理器則只要兩個指令，顯然，在工作頻率相同的情況下，64位處理器的處理速度會比16位、32位的更快。而且除了運算能力之外，與32位處理器相比，64位處理器的優(yōu)勢還體現(xiàn)在系統(tǒng)對內(nèi)存的控制上。

　　由于地址使用的是特殊的整數(shù)，而64位處理器的一個ALU(算術(shù)邏輯運算器)和寄存器可以處理更大的整數(shù)，也就是更大的地址。傳統(tǒng)桌面級32位處理器的尋址空間最大為3.2G，使得很多需要大容量內(nèi)存的數(shù)據(jù)處理程序在這時都會顯得捉襟見肘，形成了運行效率的瓶頸。而64位的處理器在理論上則可以達到1800萬個TB，1TB等于1024GB，1GB等于1024MB，所以64位的處理器能夠徹底解決32位計算系統(tǒng)所遇到的瓶頸現(xiàn)象，速度快人一等，對于那些要求多處理器可擴展性、更大的可尋址內(nèi)存、視頻/音頻/三維處理或較高計算準確性的應用程序而言，64處理器可提供卓越的性能。

　　ARMv8架構(gòu)是ARM推出的首款包含64位指令集的ARM架構(gòu)，其中包含了兩個執(zhí)行狀態(tài)，即AArch64和AArch32。AArch64執(zhí)行態(tài)針對64位處理技術(shù)引入了一個全新指令集A64。而AArch32執(zhí)行態(tài)將支持現(xiàn)有的ARM指令集。目前ARMv7架構(gòu)的主要特性，包括TrustZone技術(shù)、虛擬化技術(shù)及NEONTMadvancedSIMD技術(shù)，都將在ARMv8架構(gòu)中得以保留或進一步拓展。此外，ARM的64位架構(gòu)，在性能、效率和規(guī)模成本之間也實現(xiàn)了完美的平衡。

　　64位移動處理器的影響

　　64位處理器在桌面級PC行業(yè)，已經(jīng)開始慢慢普及，無論是硬件、還是系統(tǒng)方面，都已經(jīng)就位，但是在軟件方面，絕大數(shù)應用還都是32位的軟件，雖然可以在64位系統(tǒng)下兼容運行，但卻發(fā)揮不了64位系統(tǒng)的優(yōu)勢。而64位軟件的普及，雖然目前已經(jīng)在進行，但也只是在起步中，全面普及，似乎還有很長的一段路要走。

　　相比桌面級的PC行業(yè)，64位的移動處理器以及系統(tǒng)才剛剛開始，雖然ARM早在2011年就已經(jīng)公布了64位處理器，但業(yè)界首款面向消費者的產(chǎn)品，還是由蘋果2013年發(fā)布的iPhone5S。雖然是首款采用64位技術(shù)的產(chǎn)品，但對于用戶來說，從中卻得不到絲毫益處。因為64位處理器并非直接提升性能，它的主要作用是通過調(diào)用更多的內(nèi)存來滿足應用的運行需求，來發(fā)揮出64位處理器的真正性能。如上文所講，32位系統(tǒng)最多可調(diào)用3.2GBRAM，64位則就需要超過4GBRAM。但iPhone5S本身只配備了1GBRAM。所以，當蘋果推出iPhone5S后，在業(yè)界雖然引起了不小風波，但性能提升卻沒有太大改變。

　　從桌面級處理器來看，64位處理器的發(fā)展的確是大趨所勢，特別是在服務器方面，64位電腦、系統(tǒng)及相關(guān)應用，也都非常常見，但在手機領(lǐng)域，除了64位處理器已經(jīng)開始和大家陸續(xù)見面外，系統(tǒng)方面，特別是安卓系統(tǒng)還沒有正式發(fā)布64位版，雖然谷歌已經(jīng)公布安卓L支持64位技術(shù)，但要普及起來，還是有一段很長的時間。在這其中，除了系統(tǒng)之外，最為主要的還有應用程序。也就是說，要想真正發(fā)揮64位的優(yōu)勢，硬件、系統(tǒng)、應用三者缺一不可。

　　總結(jié)：64位處理器，在移動領(lǐng)域，往深里說和桌面級處理器一樣，都是未來發(fā)展的一個趨勢，但就目前而言，64位處理器對于用戶來說，并沒有太大的意義。而對于廠商來說，64位處理器是一個必備的競爭技術(shù)，雖然目前還無法在手機上發(fā)揮最大用途，但在服務器行業(yè)，所發(fā)揮的光與熱要大大高于手機。不過在未來，或許手機真的需要8GBRAM甚至更高的RAM時，64位處理器及系統(tǒng)應用才能真正得到性能上的發(fā)揮，讓用戶真正的體驗到64位處理器的強大優(yōu)勢。