ARM内核和架构

一、ARM内核和架构
ARM产品越来越丰富，命名也越来越多。很多朋友提问: ARM内核和架构都是什么意思?内核和架构的关系是什么?比如ARMv7架构，这个架构指的是什么?小编选出了几个精彩回答!希望对嵌友们在选择设计电路时有所帮助~

1.ARM内核：从ARM7、ARM9到Cortex-A7、A8、A9、A12、A15再到Cortex-A53、A57等，总之不同版本 ARM 有不同的想法。比如为高速度设计的Cortex A8、A9都是ARMv7a 架构;Cortex M3、M4是ARMv7m架构;前者是内核，后者是指令集的架构。
2.ARM的架构都是基于RISC指令集而架构的，而其内核只是实现这一指令集的硬件架构的基础，Thumb-2指令集架构(ISA)的子集，包含所有基本的16位 和32位Thumb-2指令、 、哈佛处理器架构，在加载/存储数据的同时能够执行指令取指，带分支预测的三级流水线等。
3.好比你盖房子，刚开始因为水平低流行盖平房，这就是一种架构(V5T)，然后这种平房架构你可以设计出一款独立卫生间的款式， 这叫ARM7内核。 然后其他人(芯片设计公司)想盖房子的就买你这个图纸去盖，接着过一段时间，有人觉得光独立卫生间还不够啊， 我还想有个小院子! 好吧，那ARM就满足你们的要求，出个带小院子的款式(ARM9)。
又过了很久， 这种平房的架构就随着大伙的需求一直改啊改啊，后来经过ARM研究发现： 现在大伙盖房子的能力duang duang直升啊(包括工艺、设计能力、时钟主频)，只盖这种平房施展不开啊! 好吧，ARM为了不让这帮设计的人闲着，就推出一种二三层楼房的样式， 这因为跟平房设计结构完全不一样嘛， 那就叫一种新的架构(ARMv6)，同样这种楼房样式ARM也为大家准备了带游泳池的和带车库的款式(ARM11)，好吧继续改啊改啊， 改到后来大家已经开始有能力盖十层以上的大楼了。 ARM一如既往地出了新的款式(ARMv7架构)， 这时ARM觉得以前名字都太土鳖了， 什么ARM5、 ARM6、 ARM7—又难听又难记， 我要取个看起来牛逼的名字， 咱至少也算个能设计摩天大楼的主儿了， 于是后面的内核都叫Cortex。
改名只是一部分， 随着这个架构出来后， ARM发现以前用咱们图纸盖出的楼也就做个民宅， 民宅图个啥? 实惠嘛(功耗低)。 现在不一样了，现在咱的图纸盖得楼不仅可以做民宅，还可以做军事基地、 还可以做高档写字楼， 以前这些高级功能的楼房可是只有小英(英特尔)才能设计出来的啊!为了满足这些不同的需求， ARM把这个架构设计出来的款式分成3个系列(M系列、R系列、A系列)。
M系列是为民宅设计的， 因为老百姓图实惠嘛， 这种设计就设计个十层左右(功耗低); R系列是为军事基地设计的， 这种楼设计的也不高— 十层左右吧， 但是关键是要对特殊情况要有快速反应的能力(中断快); 最后A系列是给商业大佬用的， 那当然是要高端大气上档次， 就是要性能高，各种LED灯灯光秀啊都给我上。
二、ARM 处理器命名规则
ARM 处理器传统的命名是 ARM + 数字的方式：ARM7、ARM9、ARM11，在 ARM11 以后，ARM 公司使用了新的命名方式：Cortex，对比传统的方式就应该是 ARM12。
Cortex 架构目前分为 3 个系列，性能及复杂度由低到高分别是：M、R、A。
Cortex-M 系列主要的目标是微控制器市场，就是传统的 MCU、单片机之类，分为 Cortex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4 等几个档次。
Cortex-R 系列主要目标是高端的实时系统，包括基带、汽车、大容量存储、工业和医疗市场等等，分为 Cortex-R4、Cortex-R5、Cortex-R7 几个档次。
Cortex-A 系列主要面向通用处理应用市场，可向托管丰富 OS 平台和用户应用程序的设备提供全方位的从超低成本手机、智能手机、移动计算平台、数字电视和机顶盒到企业网络、打印机和服务器解决方案，处理器有：Cortex-A5、Cortex-A7、Cortex-A8、Cortex-A9、Cortex-A12、Cortex-A15、Cortex-A17、Cortex-53、Cortex-A57 等等。
三、ARM架构授权、IP核授权、使用层级授权一个公司若想使用ARM的内核来做自己的处理器，比如ST、苹果、三星、TI、高通、华为等等，必须向ARM公司购买其架构下的不同层级授权，根据使用需要购买相应的层级授权。
架构的授权方式有三种：架构层级授权、内核层级授权(ip核授权)、使用层级授权。
从高到低----------->>>>>>>__>>>>
1.架构层级授权，是指可以对ARM架构进行大幅度改造，甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减，苹果就是一个很好的例子，在使用ARMv7-A架构基础上，扩展出了自己的苹果swift架构；
2.内核层级授权，是指可以以一个内核为基础然后在加上自己的外设，比如USART GPIO SPI ADC 等等，最后形成了自己的MCU，这些很多，比如三星TI;
3.使用层级授权，要想使用一款处理器，得到使用层级的授权是最基本的，这就意味着你只能拿别人提供的定义好的ip来嵌入在你的设计中，不能更改人家的ip，也不能借助人家的ip创造自己的基于该ip的封装产品；
因此，如果华为分别拿到架构授权和ip核授权，那么意味着它可以在ARM指令集基础上根据需要创建出自己的内核架构，并可添加各种片内外设比如通信接口、显示器控制接口、GPIO等等，从而生产出自己的“处理器芯片”。
其实就像我写了一篇文章，我告诉甲，你可以拿去修改后使用，便是架构层级授权，我告诉乙，你可以在你的文章中引用我的文章，便是内核级授权，我告诉丙，你只能对我的文章进行转发，不能更改，不能添油加醋，便是使用层级授权。

芯片是信息技术的引擎，推动着人类社会的数字化、信息化与智能化。随着摩尔定律濒临终结，维持芯片技术创新面临挑战。开源芯片设计将是应对挑战的新思路。如今芯片设计动辄需要上亿研发费用、投入上百人，只有少数企业才能承担。反观互联网领域通过开源软件降低开发门槛，创造了繁荣的互联网产业。如果开源芯片设计能将芯片设计门槛降低几个数量级——3-5 人的小团队在 3-4 个月内，只需几万元便能研制出一款有市场竞争力的芯片，必将吸引大量人员投入芯片产业，重塑其繁荣。

        十年前，一个这样的想法就诞生于加利福尼亚大学伯克利分校的一个实验室中，他们创造了一种通用的计算机芯片语言，按照他们的设想，这套指令将被能所有芯片制造商所使用，而不属于任何公司。它的出现并不是要成为一种令人印象深刻的新技术，它只是想要那些进入芯片行业的创新者们在同一个起跑线上，以此来降低进入芯片行业的门槛，最早推动其发展。

        正如伯克利所做的努力一样，RISC-V 在迈向全球芯片标准的过程中正在影响越来越多的人参与到建设 RISC-V 生态当中，由于这些人的参与，RISC-V 已经开始在芯片设计方面产生一些技术突破。

        RISC-V开放了处理器设计

        比如说：最近使用 RISC-V 的微处理器设计的时钟速度已经达到 5GHz，远高于最新的运行于 3.2 GHz 频率的英特尔最强服务器芯片 E7。并且，新型 RISC-V 芯片在 1.1V 时仅消耗 1 瓦功率，还不到英特尔所消耗功率的百分之一。

        加州大学伯克利分校的教授 David Patterson 在接受 ZDNet 采访时回应到：“当我看到基于 RISC-V 设计的芯片演示结果时，我觉得太不可思议了。我认为 IBM 大型机要想达到 5GHZ 频率的芯片，应该需要配备液冷技术，并且每小时大约需要耗电 100 瓦。另外我还听 FPGA 的开发人员说，软核可以达到 600MHz。”

        这些成就当他和伯克利大学的同伴 KrsteAsanovi 于 2011 年首次为 RISC-V 撰写宣言时，他们并没有想到。

        Patterson 感慨到：技术创新正在兴起，创新的潜力永远存在。

        Patterson 认为有一件事情是一定会发生的，因为 RISC-V 是开放的，所有的这些竞争的都将是可见的，也正是因为有了这些竞争，我们才能在芯片设计领域看到一些真正有趣的观点。

        比如说：这个新型的 5 GHz 处理器原型并不是由初创公司的创建。它是由硅谷知识产权设计公司 Micro Magic Inc.制造的，该公司已经与大型硅谷公司进行了 25 年的合作。这个处理器原型由少量但经验丰富的芯片设计人员完成足以证明，设计复兴可能即将到来。

        尽管 Intel Xeon 的每个内核名义上要高一些为 26009，但 Xeon 部件需要同时 120 个执行线程才能达到该性能。长期担任芯片行业高管的 Andy Huang 博士在接受电话采访时向 ZDNet 解释说，它突破在于 CPU 和内存交互的方式。

        RISC-V 原型消除了快速内存和慢速芯片可能存在的瓶颈

        “如果内存运行速度为 5 GHz，逻辑运行速度为 1 GHz，那瓶颈在哪里呢？” Andy Huang 笑了笑说，关键在于，由于 RISC-V 是开放的，与英特尔芯片的复杂指令集架构甚至 ARM 芯片中的 RISC 版本不同，RISCV 可以通过芯片设计来解决这一瓶颈。并且他用 Android 与 iOS 进行了类比，Android 相较于 IOS 目前最大的优势就是开放，任何厂商都可以定制化自己的操作系统。Huang 说：“这就是为什么我们将所有成功归功于 Patterson 博士的原因，到目前为止，他创建了最高效，最优雅的 RISC 体系结构。”

        Huang 博士强调，与 CISC 或 ARM 的指令集各有 1000 多个指令不同， RISC-V 的指令集少于一百个。由于 RISC-V 指令集的简单性，Micro Magic 才能够使用标准硅晶圆生产芯片，而无需进行特殊调整。这样就可以使用所谓的往复运行，在制造过程中，芯片与其他人的芯片在同一晶圆上分组在一起，这样造价会便宜很多。

        Patterson 指出：“人们谈论要花费 1 亿美元来定制 ASIC，实际上他们并没有花一亿美元来做到这些，”Patterson 在评价 Micro Magic 时说。

        全球最大的芯片制造商之一的英伟达（Nvidia）正在以 400 亿美元的价格收购ARM，这一交易颇具争议。此次出售将使 Nvidia 能够从 ARM 的知识产权中获得专利使用费，并为世界上使用最广泛的芯片指令制定了发展路线图。

        Nvidia 首席执行官黄仁勋（JensenHuang）描述了他对 ARM 的雄心勃勃的计划，并且他向投资者保证，ARM 的管理层们，不会反对这场收购案。很显然这场收购是为了 Nvidia 寻找替代品提供新的可能，当媒体就此事问 Patterson 时，他往往表现的很保守，因为英伟达是 RISC-V 生态系统的成员，并非常积极的支持 RISC-V 生态的发展。

        Micro Magic 的 Huang 表示，自从 Micro Magic 成功发布其芯片公告以来，他已经吸引了技术巨头的兴趣。目前已经有两家巨头上市公司给他抛出了橄榄枝。

        Huang 提供了一种假想的方案，在这种方案中，Apple 或 Google 可以使用该芯片，并且该芯片可以在能耗方面取得突破。Huang 对 ZDNet 表示说：“谷歌已经拥有移动开源软件 Android，想想如果所有移动客户也拥有最省电，性能最高的开源 RISC 核心，将会为他们带来什么好处，让我们再想象一下最新的 Apple Watch 不必隔夜充电，那又将是何种体验。”

        Huang 说，不管有没有这样的大规模的市场，Micro Magic 都希望将其 RISC-V 知识产权纳入越来越多的设计中，以便对全球用电量产生实质性影响。“我们使用此 IP 的意图是帮助世界，帮助 PC、笔记本电脑、平板电脑、手机，可穿戴设备、游戏设备、电动汽车和 IoT 减少电量的使用，我们目标是将世界的碳排放量减少一半。”

骁龙8gen3性能媲美10代i7，能效比更高、骁龙8gen3的性能特点

骁龙8gen3作为高通公司最新的旗舰级移动平台，采用先进的4nm工艺制程，拥有8核心Kryo CPU，采用了1+5+2的组合布局，主频和性能均有了显著提升

此外，骁龙8gen3还配备了FastConnect 7800移动连接系统，支持高频段同步（HBS）多链路的商用Wi-Fi 7，速率最高可达5.8Gbps，为用户提供了更加流畅的网络体验。

在Geekbench 5基准测试中，骁龙8gen3取得了CPU单核约1693分、多核约6782分的优异成绩。相较于前代产品骁龙8gen2，单核提升约12.5%，多核提升约30%。在能效方面，骁龙8gen3高频能效领先苹果A17 Pro，低频能效略弱于A16，但全频段领先骁龙8gen2，展现出了出色的能效表现。

二、骁龙8gen3与10代i7的性能对比

英特尔酷睿i7 10代处理器是电脑领域的佼佼者，虽然是三年前的产品，但以其卓越的性能和稳定的表现，也赢得了广泛认可。在性能上，10代i7处理器采用了10纳米制造工艺，拥有四核心八线程设计，主频和睿频均表现出色。

然而，与骁龙8gen3相比，10代i7在功耗方面存在明显劣势。

据相关数据显示，骁龙8gen3在单核功耗上仅为2.01W，而10代i7的功耗则远高于此。这种低功耗的特性，使得骁龙8gen3在持续性能输出方面更具优势，能够长时间保持高性能运行而不易过热。

当然了，真正将两颗处理器对比，必须在同一个平台，同一软件下才是公平的，但实际上是无法做到的。因此在一些测试对比试验中，得到两者性能相仿的结果，也只是具有一定的参考价值。因为处理器架构的不同，移动ARM处理器的RISC精简指令集与桌面处理器的CISC复杂指令集，本质上就存在较大差别。

三、骁龙8gen3对电脑CPU的挑战

骁龙8gen3凭借其卓越的性能和极低的功耗，在智能手机领域已经取得了显著成就。然而，对于电脑CPU来说，骁龙8gen3是否构成挑战呢？

从性能上看，骁龙8gen3已经能够与部分电脑CPU相媲美。特别是在单核性能方面，骁龙8gen3已经接近甚至超过了一些入门级电脑CPU的表现。这使得骁龙8gen3在处理日常任务、运行主流应用和游戏时能够游刃有余。

骁龙8gen3的低功耗特性，是其对电脑CPU构成挑战的关键。

随着移动设备的普及和人们对便携性的需求增加，低功耗已经成为了移动设备发展的重要趋势。而骁龙8gen3正好符合这一趋势，能够在保持高性能的同时降低功耗，为用户提供更加持久的续航体验。相比之下，电脑CPU在功耗方面普遍较高，长时间运行容易导致过热和性能下降。

然而，尽管骁龙8gen3在性能和功耗方面表现出色，但要完全淘汰电脑CPU仍然面临诸多挑战。比如，电脑CPU在多线程处理、图形渲染等方面仍然具有优势，能够满足专业用户和高性能需求。

其次，电脑作为生产力工具的地位仍然稳固，其在处理复杂任务、运行大型软件和游戏等方面具有不可替代的作用。最后，电脑和移动设备在应用场景和使用习惯上存在差异，使得两者在性能和功耗方面难以直接比较。

硬件性能，也只是电脑的一部分。电脑的使用离不开软件上的配合，而桌面电脑这数十年来，已经得到了太多生产力软件的支持。一些比较专业的软件，要重新再去开发、适配移动端的处理器，这不是短时间内可以完成的任务。

综上所述，骁龙8gen3作为一款卓越的移动平台，即便在性能和功耗方面已经能够与部分电脑CPU相媲美。然而，要完全淘汰电脑CPU并非易事。

国内你能买到的搭载骁龙8cx Gen3的笔记本，貌似只有ThinkPad X13s 2022和华为MateBook E Go 2023。

就实际体验而言，骁龙8cx Gen3笔记本的性能虽然有所提升，但兼容性还是那么回事，只有少数常用的办公和测试软件支持【原生】运行，更多的软件则需要【转译】，存在一定的性能耗损问题。更多的游戏和专业软件，则根本就无法运行，具体兼容性测试，大家可以参考来自笔吧评测室的汇总图。

虽然Windows on ARM圈的表现一直不佳，但面对苹果的成功转型，也从侧面证明了X86架构不是PC的唯一。
理论跑分并不等于现实性能，特别是在骁龙笔记本和Windows on ARM系统生态下，还存在绕不开的兼容和转译问题。

而这，才是决定骁龙X Elite能否复制苹果M系列处理器成功经验的核心所在。

骁龙笔记本受制于ARM架构与Windows生态先天的隔阂，

如果不能在Windows on ARM生态上有所突破，骁龙笔记本永远都是只能作为轻办公的备用PC。选择它的前提，是你家里还有一部高性能的传统笔记本（或其他X86 PC）。

骁龙笔记本理论上有着先天的能效比优势，但这是需要建立在软硬深度耦合的基础上，转译运行的软件更耗电，而且迄今为止，也没有OEM厂商真正全心全意为骁龙平台定制专属模具，都是基于现有X86平台产品的模具基础上修修改改，没有利用ARM芯片的小封装和无需主动散热设计而腾出来的空间，塞进更大的电池。

无论如何，骁龙X Elite的纸面参数和理论性能已经足够好了，至于它能否成为Windows on ARM生态的催化剂？

还得看微软愿意投入多少精力了。