江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

Intel|苹果M1革了Intel x86的命？其实这是个伪命题( 二 )


文章图片
不过不要着急，下面我们展开更加深刻的分析：
首先，让我们从指令集架构（如 x86、ARM 或 RISC-V）的基础知识开始，这应该有助于进一步理解为什么对于投资者来说 x86 和 ARM 的区别无关紧要 。
简而言之，指令集定义了计算机可以执行的二进制机器指令，定义了软硬件接口——计算机无法理解 C 语言或 Java 或 Python 语言，它只理解属于其指令集的指令 。
这些指令从简单的基本数学计算指令（加法等）到更复杂的指令（如安全或虚拟化） 。不过前者是关键指令——几乎所有应用程序大部分时间都会使用基本数学指令 。
这些基本指令对于任何芯片来说都是相同的，无论其基于何种架构 。更重要的是，指令集只是定义了指令，它的作用只是定义一种机器语言，并没有定义这些指令如何在芯片中执行，最终是软件用这种机器语言来指示芯片执行指令 。例如，有多种方法可以在芯片中实现加法器或乘法器等功能 。
因此，在计算机体系结构中，必须做出两个区分：
指令集定义了芯片支持的所有指令 。
芯片设计的第二部分是基于任何指令集的芯片架构实际运行的问题 。在上面的实例中，执行指令涉及使用晶体管来创建一些有形的东西，比如加法器或乘法器 。
过去 20 年，CPU 性能的进步主要归功于第二部分中流水线、乱序执行、分支预测器、多级缓存和许多其他技巧，大大提高了 CPU 的运行速度 。
最重要的是，刚才提到的所有这些“技巧”相对指令集都是完全独立的，它们可以在 ARM、x86、RISC-V或其他指令集中实现 。
几十年前的软件无需重写就能在现代 CPU 上运行得更快，开箱即用——这也是第二个区分的主要优点之一 。
即使在新指令导致性能大幅提升的情况下，这些技巧也会简单地复制到其他指令集中 。这方面的主要示例是向量指令或单指令流多数据流（SIMD），即在一组向量数据上使用一条指令 。在 x86 中，这被称为数据流单指令多数据扩展（SSE，Streaming SIMD Extensions）和高级向量扩展指令集（AVX，Advanced Vector Extensions） 。
例如，最新版本 AVX-512 在 512 位向量上运行，因此与之前的 AVX 版本（256 位）相比，性能提高了一倍 。在 ARM 中，等效项称之为 SVE2，它可以在芯片运行中从 128 位扩展到 2048 位，这也再一次表明了芯片性能对指令执行的依赖程度 。
因此，决定 CPU 速度以及功耗和能效等其他属性的，只是架构设计的选择，这实际上取决于芯片的应用目标——这些选择属于前文中所提到的两个区别中的第二个，即独立于指令集的那些技巧 。
例如，英特尔和 AMD 一直致力于确保它们的芯片达到 5GHz 量级的高频；如果苹果想要实现这一点，它可能需要完全重新设计其架构 。
不过，苹果更专注于提高其 CPU 每个时钟周期可以执行的指令数量 。这样，苹果的 3GHz 架构可能比 4GHz 的 AMD 或英特尔内核更快 。由于功耗往往随电压频率成二次方甚至三次方地增加，因此这种设计选择让苹果芯片的性能和功耗备受赞誉 。
但同样，这只是一个设计和创新的问题，正如所讨论的那样，设计与创新同指令集互补，甚至在很大程度上独立于指令集 。
另一个例子是 big.Little 架构，也称之为混合架构，由同一指令集的两个（或多个）实现方式组成 。其中一组内核主要针对性能进行了优化，另一组则倾向于针对功耗进行优化 。指令集相同，但两种不同的实现方式导致两种微架构在功耗-性能曲线上有两个不同的点 。
最后一点，可以用人类语言类比指令集 。人类的语言种类繁多，但是语言仅用作底层概念的表示，原则上任何概念都能够用任何语言表达，如果没有对应的表述也可以自行添加 。以此类推，CPU 语言即指令集种类繁多，但也只是用作基本数学的表示，任何基本数学都可以用任何指令集表示，这与对人类语言的理解是相通的 。
性能方面，一部分人的语速可能比另一部分人的语速更快或更慢，但这并不是语言本身造成的——类似地，某些 CPU 可能比另一些 CPU 更快或更慢（或耗电更多或更少），但这同样不是由于指令集，而是由于影响这些特性的架构设计选择造成的 。
x86 强大的竞争优势
从上文提到的 x86 的反面来看，显然，外界对 x86 的 “常识” 是：往好里说，它是遗留下来的麻烦，往坏里说，它因为能效太低而劣势严重 。
然而，我们完全忽略了基于 x86，英特尔对其架构体系的演进有绝对的控制权，这可以被称之为 x86 以及英特尔的强大竞争优势 。因为行业中的其他企业都依赖于他人来定义自己所需要用到的架构，虽然这一情况在 x86 领域反过来也成立——AMD 的大多数芯片都必须跟随英特尔的变化而变化，而且 ARM 世界中的成员可能未来需要依赖英伟达（目前英伟达正在寻求收购 Arm） 。


推荐阅读


上一篇：机械键盘|299元 世界手感最佳游戏键盘上架小米有品众筹：弧线造型

下一篇：AMD|蓝宝石双芯RX 570挖矿卡曝光：能效超RX 6800