你好！在上一篇文章中，我们探讨了计算机的大脑 CPU、x86和x64架构，以及 Intel 和 AMD 这两大巨头之间的激烈竞争。今天，我们将继续这个话题，深入探讨让Intel和AMD这对宿敌也不得不合作的强大CPU架构——ARM。同时，我们还会略谈在ARM生态系统中扮演重要角色的Snapdragon和树莓派（Raspberry Pi）。

1. ARM是什么？基于RISC的强大架构

ARM（高级精简指令集机器）顾名思义，是一种基于RISC（精简指令集计算）的指令集架构。上次提到的x86是CISC（复杂指令集计算）方式，对吧？从这一点可以看出ARM的核心优势所在。

  • RISC vs. CISC：

    • CISC (x86)： 设计为使单一指令可以执行复杂的多项任务，具有灵活性，但指令解读复杂，功耗相对较高。

    • RISC (ARM)： 减少指令数量并简化每条指令，因而指令处理速度快且高效，尤其是功耗效率十分出色。这在如手机等电池寿命重要的环境中，显得尤为突出。

ARM并不是直接生产CPU，而是提供架构设计许可的公司。高通（Qualcomm）、三星（Samsung）、苹果（Apple）、联发科（MediaTek）等众多半导体公司都在基于ARM的设计开发各自目的的CPU。

2. Snapdragon：高通的强大ARM架构SoC

那么Snapdragon是什么呢？Snapdragon是高通（Qualcomm）开发和销售的移动系统芯片（SoC）产品系列。

  • 什么是SoC？ SoC不仅仅包括CPU，还整合了GPU（图形处理单元）、通信调制解调器、图像信号处理器（ISP）、人工智能处理器（NPU）等几乎所有智能手机运行所需的核心部件，类似于整个计算机的主板都嵌入在单个芯片中。

  • 基于ARM架构： Snapdragon的核心CPU是基于ARM架构设计的。高通从ARM获得架构许可，开发自己的定制CPU核心（例如：Kryo），或者使用ARM提供的标准核心（例如：Cortex-A系列）来制作Snapdragon SoC。

  • 三星与Snapdragon： 三星的Galaxy系列也与Snapdragon相关。虽然三星自主研发了名为Exynos的ARM架构SoC，但在旗舰Galaxy智能手机等产品中也使用高通的Snapdragon芯片。尤其是过去根据地区分别使用Exynos和Snapdragon，但最近由于Snapdragon芯片的性能优势，很多型号开始搭载Snapdragon。因此，Snapdragon并不是三星的ARM芯片，而是三星在其产品中使用的高通的ARM架构芯片。

Snapdragon凭借卓越的性能、功耗效率和通信调制解调技术，在全球Android智能手机市场占据了绝对的市场份额。

3. ARM超越x86，主导移动市场

ARM最初主要用于嵌入式系统或便携设备。随着智能手机的登场，ARM的才能开始展现出来。无论是iPhone还是安卓手机，所有智能手机均搭载ARM架构的处理器。

ARM CPU close-up fantasy style

  • 电池效率： 对于智能手机来说，最重要的因素之一就是电池续航。ARM卓越的功耗效率完美地满足了这一需求。

  • 小巧与低成本： 基于RISC架构的简易性，使得芯片的体积缩小，生产成本降低。

完全占领移动市场的ARM，如今不仅仅局限于移动芯片。可穿戴设备、物联网（IoT）设备、智能电视、汽车信息娱乐系统等我们身边的众多设备都在使用基于ARM的芯片。

4. x86 vs. ARM：PC和服务器市场的新时代战斗

在移动市场称王的ARM，现在正扩展其影响力至x86长期占据的PC和服务器市场。特别是苹果在2020年将Mac系列从Intel x86处理器转向自研的Apple Silicon（M系列芯片），使得基于ARM的PC性能开始突破传统偏见而受到关注。

  • 进军PC市场：

    • Apple Silicon： 如M1、M2、M3等苹果的ARM架构芯片，以惊人的性能与功耗效率在PC市场掀起了巨浪。尤其是在没有风扇的笔记本电脑上也能展现高性能，这成为与x86架构笔记本电脑的明显区别。

    • Windows on ARM： 微软也在与高通（Snapdragon X Elite）等合作，开发基于ARM的Windows PC。尽管在软件兼容性等方面依然存在挑战，但其潜力巨大。

  • 进军服务器市场：

    • 云计算： 像亚马逊网络服务（AWS）的Graviton处理器等基于ARM的服务器芯片在数据中心的使用越来越广泛，因为它们能够以低功耗提供高性能，从而降低运营成本。

    • 定制化简单： ARM的许可模式让企业能够设计出针对特定工作负载优化的定制芯片。

x86阵营的应对： 面对ARM的进攻，Intel和AMD也感受到了压力。他们持续努力改善现有x86处理器的功耗效率，并提高性能。

5. 小巨人，树莓派（Raspberry Pi）也基于ARM！

以小巧和低价闻名的树莓派（Raspberry Pi）同样基于ARM架构。起初，它是为了教育而开发，如今却被广泛应用于物联网、家庭自动化、媒体服务器、小型机器人等各种项目，受到了极大的欢迎。

  • ARM Cortex核心： 树莓派的核心是由博通（Broadcom）生产的SoC，其中集成了ARM的Cortex-A系列CPU核心。

    • 例如，树莓派 4使用ARM Cortex-A72核心，而最新的树莓派 5则使用更强大的ARM Cortex-A76核心。

  • ARM生态系统的扩展： 树莓派的成功展示了ARM架构不仅可以应用于手机，还可以作为廉价而强大的通用计算平台的潜力。

6. ARM与x86，以及未来的CPU生态展望

目前的CPU市场迎来了x86和ARM这两种巨型架构并存激烈竞争的有趣时代。

  • 维持各自的优势： x86在高性能计算、游戏和某些专业任务中仍保持强大的市场地位，而ARM则在移动设备、嵌入式设备以及对功耗效率要求较高的轻量级PC和服务器市场中快速成长。

  • 软件兼容性： 为了使基于ARM的系统广泛普及，必须解决软件兼容性问题。尽管像Rosetta 2这样的模拟技术正在进步，但本土ARM应用程序的开发还需加强。许多PC游戏无法在MacOS上运行，部分原因是很多游戏开发公司仍然偏向x86架构进行游戏开发。因此，ARM CPU市场的扩展需要这些软件开发公司的努力和贡献。

  • 混合系统： 在未来，有可能会出现两种架构的优势结合的混合系统，或者出现针对特定任务优化的多样化架构共存的计算环境。

面对ARM的崛起，Intel和AMD正在巩固x86生态系统，同时ARM也在不断拓展其领域并引领创新。这场激烈的竞争将带来哪些惊人的技术进步，令人期待。

总结

今天我们了解了移动市场的主导者以及PC、服务器市场的强大战斗者——ARM架构。同时，也探讨了ARM生态系统的重要参与者Snapdragon和小而强大的树莓派。

您是否正在使用基于ARM的设备？还是更喜欢x86系统呢？您认为将来是什么架构会成为计算的主流，请在评论中分享您的看法！下次我们将带来更多有趣的IT故事。谢谢！