CPU指令集架构

CPU指令集

CPU本质是一块集中了不同功能电路的芯片，要使用这些功能电路，CPU需要调用对应的指令—也就是由0、1组成的二进制数。

用来规定指令格式的东西就叫做指令集架构（英文简称：ISA），不同的架构反映了设计者对同一功能的不同实现思路。

指令集架构（ISA），是软件和硬件之间的接口”语言“，是交互的标准规范。

指令集分为两大阵营：复杂指令集架构（CISC）和 精简指令集架构（RISC）：

• CISC尽可能将任务一次性做完，高效但费脑（性能高、功耗大）；
• RISC则是将任务拆解，分次做完，虽然对个人能力要求不高（性能低、功耗小），代价是效率更低。

指令集中，x86架构为复杂指令集架构（CISC）；
ARM、MIPS、RISC-V、Alpha等架构为精简指令集架构（RISC）。

架构类型

• x86架构：封闭架构，由英特尔和AMD牢牢掌握话语权，AMD给HG授权zen1架构；VIA（台湾威盛）曾获得x86架构Licence授权，后来被Z芯收购；20多年来没有第四家授权，其他芯片公司想用也用不了。
• Arm架构：开放架构，虽然由Arm公司所有，但授权开放，需要花钱购买。目前，H为和F腾拥有ARM v8架构永久性授权；阿里平头哥、中兴等国内厂商购买了ARM v9 架构IP授权。
• MIPS架构：开放架构，目前已开放了MIPS指令集的R6版本，以Wave Computing管理，但也难挽颓势，最后宣布终止开发，加入RISC-V基金会。LX前期基于MIPS架构授权研发，后衍生出LoongArch自主架构。
• Alpha架构：开放架构，目前已经无实体主张该指令集的权利，但相关专利已被HP、Intel等瓜分。申W前期基于Alpha架构，后衍生出SW64自主架构。
• RISC-V架构：开源架构，最特殊，不属于任何机构或国家，开源免费，想用就用，运营成本全靠基金会的兄弟们帮衬。由阿里平头哥主导，越来越多的创业公司加入RISC-V架构阵营。

国产CPU

国产CPU是信创产业的基座，其指令集架构代表着信创技术路线。
国产CPU在信创市场已形成“四种技术路径（x86、ARM、MIPS、Alpha）、六大主要厂商（兆芯、海光、鲲鹏、飞腾、龙芯、申威）”的发展格局。

参考

国芯技术路线

目前“国芯”的典型厂商及其技术路线，主要有三个方向

1、采用主流 X86 指令集的海光、兆芯，他们通过接受主流厂商技术注入的方式获得有限专利许可，从而推出了能够基本兼容现有应用代码运行的产品，具备天然软件生态优势，并且部分产品表现出了相对良好的单核性能;
但由于其专利授权为国外厂商2016的技术，难以获得最新技术授权，只能走增加物理 CPU 核心数量的技术发展路径。

2、采用主流 ARM 指令集的华为、飞腾，其技术授权源于英国ARH公司的商业专利授权，通过购买相应 IP 授权后设计出自有产品，由于目前大多数手机应用都基于该架构指令集开发，因此相应产品也拥有相对良好的软件生态和应用代码兼容性，具备核心数量多和高能耗比的特点;

但国内厂商也同样受捆于专利授权的问题(本月 ARM 公司已经明确拒绝向我国企业出售最新高性能服务器的 IP 授权)。

3、采用自主、开源指令集的厂商，这其中的代表是采用完全自主CPU指令集 LoongArch 的国芯鼻祖“龙芯”，以及采用开源指令集 RISC-V 联盟的国内厂商(如:中科院、阿里、腾讯)，这些新厂商产品进步速度很快，其中龙芯团队基于多年的坚苦深耕，最新流片产品已达到接近2021年INTEL 主流产品的单核和综合性能，而RISC-V联盟厂商因为参与厂商众多而发展速度喜人;但这两者都因软件生态不足，编译代码困难问题，难以短期内获得众多应用开发者的青睐。作为企业数字化转核心动力的应用开发者们，所关心的问题便在于代码开发生态(甭管快慢能跑起来，出了问题能找支持)而对于测试和运维人员的关注点则在于性能(单核、多核)和稳定性，X86架构经历过充分时间打磨，可谓“独孤求败、傲视武林”，ARM虽然相对年轻，但也凭借移动终端领域的积累而获有众多开发人员的佣促，其他技术厂商则还需要迈过很多时间和技术的积累考验。最后，面对国芯信创大潮，企业 IT 选型架构师及 IT专家们在信创技术路线中应该如何应对抉择?社区不久前重点围绕企业服务器信创技术路线(ARM、x86、龙芯)选型中关注的一些核心问题组织进行交流，活动中有有很多值得参考的观点分享，在此文中进行了总结梳理，希望给同业带来帮助。

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