未来ARM架构CPU能否取代X86架构？

亚马逊

如今，ARM架构日益流行，亚马逊和苹果均已采用ARM芯片提升产品性能，传闻微软也在自主研发相关芯片。以往，ARM芯片主要用于移动设备等低功耗场景，但现在正逐步展现出取代x86架构在台式机和服务器领域的潜力。

ARM架构日益流行处理器行业高度复杂，芯片设计架构种类有限，仅有少数几家公司处于领先地位。英特尔和AMD作为x86芯片领域的领头羊，长期占据主导地位。然而，近期亚马逊和苹果推出的基于AMD架构的芯片产品，正逐渐侵蚀英特尔x86芯片的市场份额，展现出强劲的竞争态势。亚马逊采用的是Graviton2 CPU，其性能虽未显著超越英特尔的x86芯片，但凭借更高的性价比和更低的功耗脱颖而出。相比上一代Graviton1，这款芯片实现了巨大飞跃，预计下一代产品将进一步占领服务器市场。与此同时，苹果推出了首款非移动设备专用CPU——Apple Silicon M1处理器。这款芯片运行速度超过了台式机所用的英特尔CPU，甚至能与AMD Ryzen 5000系列比肩，堪称当今性能标杆。得益于M1芯片的强大表现，苹果MacBook系列一跃成为全球顶尖的笔记本电脑，也让许多台式机爱好者感叹不已，后悔没有早些关注这一革新。实际上，M1芯片在运行Windows时的速度，甚至超过了微软自家的Surface Pro X笔记本，尽管Windows在ARM架构上仍需借助模拟器运行。更令人惊讶的是，M1在Geekbench上的单核得分高达1390，而Surface的处理器仅得802分。这一结果充分展现了M1芯片的强大性能。

听说微软也开始开发自家的ARM架构处理器了。ARM与X86的区别在于架构设计不同。对用户而言，ARM与x86架构的差异正逐渐缩小，多数应用可在两者间切换运行。不过，老旧的x86应用若要在ARM芯片上使用，通常需要重新编译。如果无法实现，也可以借助x86模拟器来运行这些程序。对开发者而言，两者主要区别在于应用编译。目前多数编译器同时兼容两种指令集，因此无需修改代码即可实现跨平台编译。为什么ARM架构的处理器运行速度更快？x86 和 ARM 均为指令集架构。一般情况下，CPU 以串行方式执行运算，每条指令被称为一个操作码（opcode）。由于 x86 架构拥有大量 opcode，因此属于复杂指令集（CISC）。CISC 的单条指令可包含多种操作，例如，一条乘法指令不仅执行乘法运算，还涉及将数据从内存加载到寄存器，完成计算后再将结果写回内存，所有这些步骤都被整合在一条指令中完成。CISC架构的指令需被CPU分解为多个micro-ops来执行。其优点是节省内存，这在过去是优势，如今却成为劣势。

苹果

RISC，即精简指令集架构，去除了复杂的指令设计，确保每条指令都能在一个时钟周期内完成。由于大量指令需要在CPU的其他单元或内存中等待执行，这种架构对CPU的设计提出了较高要求。一旦从内存加载所有指令，CPU就必须快速处理完毕。尽管如此，执行多条简单指令的速度通常远快于执行一条复杂指令（这与人类的工作方式有些相似）。此外，RISC支持乱序执行（Out-of-Order Execution，OoOE），这意味着对于没有依赖关系的计算任务，CPU可以同时并行完成多个操作，从而提升效率。苹果的M1芯片正是通过充分利用这一特性，将性能优化到了极高的水平。ARM架构能否取代x86？老实说，英特尔已接近摩尔定律的极限，而ARM架构芯片性能却持续飞跃。这并不意味着x86会迅速消失，但在移动设备领域，ARM的优势显而易见，并且正逐步向更多领域扩展。ARM的未来显得格外光明。ARM并非唯一的RISC架构。除了ARM，还有许多第三方设计公司，如高通、三星和苹果。RISC-V作为开源架构，其标准指令集为制造商预留了更多发挥空间。若芯片行业朝着RISC方向发展，厂商可选择开源或闭源的架构路线。