ARM芯片是物聯(lián)網(wǎng)主流？對(duì)比X86、ARM、MIPS架構(gòu)后我們找到了原因

　　物聯(lián)網(wǎng)在沉寂數(shù)十年后，終于在2017年迎來(lái)爆發(fā)。據(jù) IDC 測(cè)算，到2021年將會(huì)有超過(guò) 250 億臺(tái)系統(tǒng)/裝置聯(lián)網(wǎng)，而同時(shí)段使用Intel網(wǎng)的用戶(hù)總數(shù)將達(dá) 44 億人!隨著物聯(lián)網(wǎng)智能終端的迅猛發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)大腦的芯片變得無(wú)處不在、無(wú)所不能!

　　在縱觀(guān)市面上包括商顯終端在內(nèi)的主流物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所采用的芯片時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)ARM已經(jīng)雄霸半壁江山!ARM的合作伙伴們基于A(yíng)RM的設(shè)計(jì)向移動(dòng)和嵌入式市場(chǎng)的出貨量已經(jīng)達(dá)500億片!為什么ARM芯片會(huì)成為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的主流?

　　或許我們可以通過(guò)對(duì)全球最主要的三大架構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析后了解原因。

　　指令集可分為復(fù)雜指令集(CISC)和精簡(jiǎn)指令集(RISC)兩部分，代表架構(gòu)分別是x86、ARM和MIPS。ARM、X86、MIPS這三大架構(gòu)大家都不陌生， Intel因?yàn)槠占坝谂_(tái)式機(jī)和服務(wù)器而被人們所熟知，MIPS在32位和64位嵌入式領(lǐng)域中歷史悠久，獲得了不少的成功，而在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代ARM無(wú)疑成為霸主。

　　X86 CISC

　　X86使用復(fù)雜指令集CISC，X86 CISC是一種為了便于編程和提高記憶體訪(fǎng)問(wèn)效率的芯片設(shè)計(jì)體系，包括兩大主要特點(diǎn)：一是使用微代碼，指令集可以直接在微代碼記憶體里執(zhí)行;二是擁有龐大的指令集，擁有包括雙運(yùn)算元格式、寄存器到寄存器、寄存器到記憶體以及記憶體到寄存器的多種指令類(lèi)型。

　　X86架構(gòu)

　　優(yōu)勢(shì)：

　　能夠有效縮短新指令的微代碼設(shè)計(jì)時(shí)間，允許實(shí)現(xiàn)CISC體系機(jī)器的向上兼容，新的系統(tǒng)可以使用一個(gè)包含早期系統(tǒng)的指令集合。另外微程式指令的格式與高階語(yǔ)言相匹配，因而編譯器并不一定要重新編寫(xiě)。

　　缺點(diǎn)：

　　1、通用寄存器規(guī)模小。

　　X86指令集只有8個(gè)通用寄存器，這就意味著CPU大部分時(shí)間在訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)，將影響整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行速度。

　　2、解碼器影響性能。

　　解碼分為硬件解碼和微解碼，對(duì)于簡(jiǎn)單的x86指令只要硬件解碼即可，速度較快，而遇到復(fù)雜的x86指令則需要進(jìn)行微解碼，并把它分成若干條簡(jiǎn)單指令，速度較慢且很復(fù)雜。

　　3、尋址范圍小

　　X86指令集的尋址范圍小，大大約束了用戶(hù)的需求。

　　4、結(jié)構(gòu)復(fù)雜

　　X86 CISC相對(duì)來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難將CISC全部硬件集成在一顆芯片上。

　　MIPS RISC

　　MIPS的意思“無(wú)內(nèi)部互鎖流水級(jí)的微處理器”，其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避免流水線(xiàn)中的數(shù)據(jù)相關(guān)問(wèn)題。MIPS采用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(RISC)來(lái)設(shè)計(jì)芯片。

　　MIPS架構(gòu)

　　優(yōu)勢(shì)：

　　1、支持64Bit指令和操作

　　2、MIPS有專(zhuān)門(mén)的除法器，可以執(zhí)行除法指令

　　3、MIPS內(nèi)核寄存器比ARM多一倍，也就是說(shuō)在同樣性能下，MIPS功耗比ARM更低，同樣功耗下性能比ARM更高

　　4、MIPS指令比ARM多一些，執(zhí)行部分運(yùn)算時(shí)更靈活

　　缺點(diǎn)：

　　1、MIPS內(nèi)存地址起始有問(wèn)題，這就導(dǎo)致MIPS在內(nèi)存和cache的支持方面受限，單內(nèi)核無(wú)法承受高容量?jī)?nèi)存配置

　　2、MIPS技術(shù)大發(fā)展方向是并行線(xiàn)程，從核心移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，并不是未來(lái)主流

　　3、MIPS雖然結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，但采用順序單/雙發(fā)射，執(zhí)行指令流水線(xiàn)周期遠(yuǎn)不如ARM高效

　　4、商業(yè)化進(jìn)程落后，至今還停留在高清盒子打印機(jī)之類(lèi)的產(chǎn)品上

　　5、軟件平臺(tái)落后，應(yīng)用軟件少

　　ARM RISC

　　ARM全稱(chēng)為Acorn RISC Machine，是英國(guó)Acorn有限公司設(shè)計(jì)的低功耗成本的第一款RISC微處理器。ARM RISC是為了提高處理器運(yùn)行速度而設(shè)計(jì)的芯片體系，它的關(guān)鍵技術(shù)在于流水線(xiàn)操作即在一個(gè)時(shí)鐘周期里完成多條指令。

　　ARM架構(gòu)

　　相較復(fù)雜指令集CISC而言，以RISC為架構(gòu)體系的ARM指令集的指令格式統(tǒng)一、種類(lèi)少、尋址方式少，簡(jiǎn)單的指令意味著相應(yīng)硬件線(xiàn)路可以盡量做到最佳化，從而提高執(zhí)行速率。

　　優(yōu)勢(shì)：

　　ARM處理器最主要的特點(diǎn)是：耗電少功能強(qiáng)、16位/32位雙指令集和合作伙伴眾多。具體來(lái)說(shuō)包括以下幾個(gè)方面：

　　1、體積小、低功耗、低成本、高性能;

　　2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件;

　　3、大量使用寄存器，并且大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成，指令執(zhí)行速度更快;

　　4、尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高;

　　5、指令長(zhǎng)度固定，可以通過(guò)多流水線(xiàn)方式提高處理效率

　　缺點(diǎn)：

　　ARM要在性能上接近X86，頻率就要比X86處理器高，這就會(huì)造成高能耗。

　　物聯(lián)網(wǎng)最大價(jià)值之一就是通過(guò)大量的傳感器收集所需數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后再提取有價(jià)值的數(shù)據(jù)，因此物聯(lián)網(wǎng)的首要前提就是廣泛的智能終端設(shè)備與傳感器的連接。芯片是實(shí)現(xiàn)物物相連的關(guān)鍵，物聯(lián)網(wǎng)的芯片偏重于解決低功耗、高整合度，低功耗連接使開(kāi)發(fā)人員能夠?yàn)楣氖芟薜脑O(shè)備添加更多功能，同時(shí)保持尺寸小巧，從而擴(kuò)大了其應(yīng)用可能性。添加集成度越來(lái)越高的元件，通過(guò)即插即用方案簡(jiǎn)化新應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，快速將新設(shè)備推向市場(chǎng)。而這些恰恰正是ARM的優(yōu)勢(shì)。

　　視美泰的OPS-3288C人工智能主板就采用了ARM架構(gòu)，具備低功耗、高性?xún)r(jià)比、深度定制的特點(diǎn)。

　　對(duì)于安卓，ARM已然成為標(biāo)準(zhǔn)。擁有著低功耗，簡(jiǎn)明的64位設(shè)計(jì)，異構(gòu)計(jì)算，以及作為移動(dòng)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，因此在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代ARM稱(chēng)霸就不足為奇了。