ARM与x86：架构对比及其应用

典型的服务器架构的x86采用模块化方法，基于带有可更换组件的主板。CPU和其他组件（如显卡和GPU、内存控制器、存储或处理核心）针对特定功能进行了优化，可以轻松更换或扩展。然而，这种便利是有代价的；这些硬件组件通常是更加同质化的系统架构，这可以让黑客利用“一次编写，随处运行”漏洞快速入侵和攻击系统。

基于ARM的处理器则采用了不同的方法。CPU核心不是将处理单元与其余硬件分开，而是作为集成电路物理平台的一部分。其他硬件功能（如 I/O 总线控制器，如外围组件互连）位于同一物理平台上，所有不同功能都通过内部总线集成在一起。当这些组件被放置在同一集成电路上时，这被称为片上系统或SOC。

详细了解ARM与x86

一、架构设计

ARM架构是一种基于精简指令集计算（RISC）原则的微处理器架构，由英国的ARM公司开发。ARM架构的设计侧重于通过减少指令集的复杂性来提高性能与效率。ARM处理器通常具有较低的功耗，这使其特别适合移动设备和嵌入式系统的应用。ARM架构的特点包括较小的核心尺寸和灵活的授权模式，使得多家芯片制造商可以根据需求定制与生产ARM芯片。

相比之下，x86架构是由Intel和AMD等公司主导的复杂指令集计算（CISC）架构。x86架构的指令集丰富且复杂，可以执行更多类型的操作，旨在提供更高的计算能力来满足桌面和服务器端的需求。尽管x86处理器的功耗通常较高，但其强大的性能和兼容性使得它在个人计算机和工作站市场中占据主导地位。

二、性能

性能方面，相较于ARM架构，x86架构在高性能计算场景中通常表现更好。x86处理器具备较高的时钟频率和出色的多线程处理能力，这使得其在运行大型应用程序和进行复杂计算时优于ARM处理器。然而，近年来ARM架构的改进使得其在高性能计算领域逐渐崭露头角。例如，ARM的Cortex-A系列处理器已被广泛应用于高端智能手机和一些云计算服务中。

ARM处理器的设计优势在于其并行处理能力和高效能，因此在多个低功耗设备同时执行任务时具备优势。特别是在移动设备中，ARM处理器凭借其低功耗、高效能的设计理念，成为众多智能手机、平板电脑及其他便携式设备的首选。

三、功耗

功耗是ARM与x86架构之间最显著的差异之一。ARM处理器以其低功耗著称，特别适合电池供电的设备，如智能手机和物联网设备。其在待机状态下的功耗非常低，这直接影响了移动设备的续航时间。

相较之下，x86处理器的功耗较高，尤其是在高负荷运行时。尽管近年来，一些x86处理器也进行了功耗优化设计，如低功耗版本的处理器和超低功耗笔记本电脑处理器，但总体上，ARM架构在功耗控制方面依然领先。

四、市场应用

ARM架构的灵活性和高效能使其在移动设备、嵌入式系统以及物联网领域占据了越来越大的市场份额。根据策略分析公司IDC的数据，ARM架构在全球智能手机市场的份额已超过90%。此外，随着物联网的发展，许多传感器和智能设备也采纳了ARM处理器。

x86架构则在桌面计算机、笔记本电脑和服务器市场表现出色。由于其强大的计算能力和丰富的指令集，x86处理器广泛用于运行复杂的操作系统和高负载应用程序，如数据库管理和计算密集型任务。此外，许多企业级应用依然依赖x86架构的兼容性和性能优势。

五、未来发展趋势

尽管x86在服务器市场更为常见，但ARM架构是世界上最常见的电子设计。几乎所有智能手机设计以及其他小型移动设备和笔记本电脑都使用ARM架构。

x86芯片旨在优化性能；基于ARM的处理器旨在平衡成本与更小的尺寸、更低的功耗、更低的发热量、速度以及更长的电池寿命。

由于Arm出售的是设计，而不是硬件，因此硬件制造商可以根据自己的特定需求定制微架构，同时保持小尺寸、高性能和能效。这既有优点也有缺点，因为这也意味着Linux、Windows和Android等操作系统需要支持更广泛的硬件。使用 ARM 架构可以让硬件设计师更好地控制其设计和性能，以及更好地控制其供应链。这种控制和性能的结合对于小型消费设备和大规模计算环境都具有吸引力。