CPU架构和GPU分类详解

CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范，主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。目前市面上的CPU指令集分类主要分有两大阵营，一个是intel、AMD为首的复杂指令集CPU，另一个是以IBM、ARM为首的精简指令集CPU。两个不同品牌的CPU，其产品的架构也不相同，例如，Intel、AMD的CPU是X86架构的，而IBM公司的CPU是PowerPC架构，ARM公司是ARM架构。

CPU架构主要有：X86/Atom、ARM、MIPS、PowerPC等等

x86系列/Atom处理器

xx86或80x86是英代尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。

x86架构是重要地可变指令长度的CISC（复杂指令集电脑，Complex InstrucTIon Set Computer）。

Intel Atom（中文：凌动，开发代号：Silverthorne）是Intel的一个超低电压处理器系列。处理器采用45纳米工艺制造，集成4700万个晶体管。L2缓存为512KB，支持SSE3指令集，和VT虚拟化技术（部份型号）。

ARM系列

ARM架构，过去称作进阶精简指令集机器（Advanced RISC Machine，更早称作：Acorn RISC Machine），是一个32位精简指令集（RISC）处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点，ARM处理器非常适用于移动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。

在今日，ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例，使它成为占全世界最多数的32 位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到，从可携式装置（PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏，计算机）到电脑外设（硬盘、桌上型路由器）甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此还有一些基于ARM设计的派生产品，重要产品还包括Marvell 的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

优势：价格低；能耗低

ARM 授权方式：ARM 公司本身并不靠自有的设计来制造或出售 CPU ，而是将处理器架构授权给有兴趣的厂家。ARM 提供了多样的授权条款，包括售价与散播性等项目。对于授权方来说，ARM 提供了 ARM 内核的整合硬件叙述，包含完整的软件开发工具（编译器、debugger、SDK），以及针对内含 ARM CPU 硅芯片的销售权。对于无晶圆厂的授权方来说，其希望能将 ARM 内核整合到他们自行研发的芯片设计中，通常就仅针对取得一份生产就绪的智财核心技术（IP Core）认证。对这些客户来说，ARM 会释出所选的 ARM 核心的闸极电路图，连同抽象模拟模型和测试程式，以协助设计整合和验证。需求更多的客户，包括整合元件制造商（IDM）和晶圆厂家，就选择可合成的 RTL（暂存器转移层级，如 Verilog）形式来取得处理器的智财权（IP）。借着可整合的 RTL，客户就有能力能进行架构上的最佳化与加强。这个方式能让设计者完成额外的设计目标（如高震荡频率、低能量耗损、指令集延伸等）而不会受限于无法更动的电路图。虽然 ARM 并不授予授权方再次出售 ARM 架构本身，但授权方可以任意地出售制品（如芯片元件、评估板、完整系统等）。商用晶圆厂是特殊例子，因为他们不仅授予能出售包含 ARM 内核的硅晶成品，对其它客户来讲，他们通常也保留重制 ARM 内核的权利。

生产厂商：TI （德州仪器），Samsung（三星），Freescale，Marvell，Nvidia（英伟达）等等。

MIPS系列

MIPS（Microprocessor without interlocked piped stages，“无内部互锁流水级的微处理器”），是世界上很流行的一种精简指令集RISC处理器，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福（Stanford）大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。

MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司，它采用精简指令系统计算结构（RISC）来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构（CISC）相比，RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点，并可以应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。 MIPS自己只进行CPU的设计，之后把设计方案授权给客户，使得客户能够制造出高性能的CPU。

PowerPC系列

PowerPC 是一种精简指令集（RISC）架构的中央处理器（CPU），其基本的设计源自IBM（国际商用机器公司）的IBM PowerPC 601 微处理器POWER（Performance OpTImized With Enhanced RISC；《IBM Connect 电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化”）架构。

GPU英文全称Graphic Processing Unit，中文翻译为“图形处理器”。（图像处理单元）GPU是相对于CPU的一个概念。GPU是显卡的“心脏”，也就相当于CPU在电脑中的作用，它决定了该显卡的档次和大部分性能，同时也是2D显示卡和3D显示卡的区别依据。

ImaginaTIon公司的PowerVR

Imagination技术公司并不介入ARM处理器生产，他们专注于是移动GPU技术授权，因为专业所以强大，Imagination绝对是移动平台 GPU授权的老大，即便是Intel的Atom处理器及桌面的GMA 500也使用了PwerVR系列GPU核心，他们的触角伸得很广，并不局限于ARM阵营。

Imagination公司的授权伙伴主要有Intel、苹果、联发科、LG、高通、瑞萨、三星、海思、Marvell、索尼等等，几乎都是大腕，其中Intel和苹果还是Imagination公司的大股东之一。

高通的Adreno

作为屈指可数（如果不是唯一一个）可以自己改进ARM指令的移动处理器厂商，说高通是安卓阵营移动处理器一哥估计没人会反对，再加上高通的3G技术及基带上的优势，高通处理器绝对是近年来最热门的选择之一，顺带着也把高通的Adreno图形核心带火了。

跟ARM亲生的儿子Mali不同，高通的Adreno其实是领养的，Adreno原本是ATI旗下的移动GPU部门，当时叫做Imageon，主要为当时的掌上平台提供图形核心，2006年AMD收购了ATI，Imageon部分也进入了AMD公司。收购ATI之后AMD就进行了改组，Imageon部分很不幸地成为多余资产，最终在2008年末被高通以区区6500万美元的代价买走，现在就是高通的Adreno图形部门了。（不知道AMD看到现在的情况是否会后悔？）

ARM公司的Mali

RM公司不仅提供ARM处理器授权，他们也有一整套GPU授权方案——Mali。由于亲生的血缘关系，Mali在好爸爸ARM的帮助下也攻城掠地，很多不具备独立开发GPU技术的芯片供应商都直接使用了ARM处理器+Mali GPU的设计，比如三星、瑞芯微、展讯、意法半导体、全志等，其中三星和全志还是出货量大户，所以Mali GPU的份额和出货量可不低。

NVIDIA（主要是PC市场，移动市场也有）

现在最大的独立显卡生产销售商。

NVIDIA也同样销售固化在主板上的集成显卡，这些显卡随着主板一起发售，但是由于AMD兼并ATI后自身主板芯片能力提高，NV主板如日中天的景象已经失去了半壁江山。

Vivante的GCxx

与PowerVR、Mali、Adreno等明星相比，Vivante公司的GC系列GPU核心就不太为人熟知了，就连市场份额比它少的Tegra系列都比Vivante知名。去年让Vivante露一大脸的是华为旗下的海思K3V2，这颗号称“世界最快四核”的移动处理器在华为去年的Ascend D1四核、荣耀2四核以及今年初的Ascend D2、6.1寸超大屏的Mate上全面应用，其16核GPU实际上就源于Vivante的GC系列GPU。

AMD（ATI）（主要PC市场）

世界上第二大的独立显卡生产销售商，他的前身就是ATI。

他的显卡主要就是大家熟悉的HD系列。由于AMD兼并ATI后，其主板市场迅速扩大，已经夺取了NVIDIA在AMD处理器主板的半壁江山。

就发售量和发售盈利方面，AMD显卡方面仍然略输于NVIDIA，不过两者不相伯仲。

Intel（主要是PC市场）

Intel不但是世界上最大的CPU生产销售商，也是世界最大的GPU生产销售商。

Intel的GPU在现在完全是集成显卡，用于Intel的主板和Intel的笔记本。

现如今，在移动处理器市场中主要的厂家有：

出手不凡的大厂：苹果、高通、三星、英特尔

暗自神伤，退出市场：退出市场TI、NVIDIA

国产厂商：华为海思、展讯、全志、瑞芯微、炬力

国产计算机处理器厂商：中科龙芯、申威、飞腾、中晟宏芯、兆芯、海光

优势：价格低；能耗低

ARM 授权方式：ARM 公司本身并不靠自有的设计来制造或出售 CPU ，而是将处理器架构授权给有兴趣的厂家。ARM 提供了多样的授权条款，包括售价与散播性等项目。对于授权方来说，ARM 提供了 ARM 内核的整合硬件叙述，包含完整的软件开发工具（编译器、debugger、SDK），以及针对内含 ARM CPU 硅芯片的销售权。对于无晶圆厂的授权方来说，其希望能将 ARM 内核整合到他们自行研发的芯片设计中，通常就仅针对取得一份生产就绪的智财核心技术（IP Core）认证。对这些客户来说，ARM 会释出所选的 ARM 核心的闸极电路图，连同抽象模拟模型和测试程式，以协助设计整合和验证。需求更多的客户，包括整合元件制造商（IDM）和晶圆厂家，就选择可合成的 RTL（暂存器转移层级，如 Verilog）形式来取得处理器的智财权（IP）。借着可整合的 RTL，客户就有能力能进行架构上的最佳化与加强。这个方式能让设计者完成额外的设计目标（如高震荡频率、低能量耗损、指令集延伸等）而不会受限于无法更动的电路图。虽然 ARM 并不授予授权方再次出售 ARM 架构本身，但授权方可以任意地出售制品（如芯片元件、评估板、完整系统等）。商用晶圆厂是特殊例子，因为他们不仅授予能出售包含 ARM 内核的硅晶成品，对其它客户来讲，他们通常也保留重制 ARM 内核的权利。

生产厂商：TI （德州仪器），Samsung（三星），Freescale，Marvell，Nvidia（英伟达）等等。

MIPS系列

MIPS（Microprocessor without interlocked piped stages，“无内部互锁流水级的微处理器”），是世界上很流行的一种精简指令集RISC处理器，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福（Stanford）大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。

MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司，它采用精简指令系统计算结构（RISC）来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构（CISC）相比，RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点，并可以应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。 MIPS自己只进行CPU的设计，之后把设计方案授权给客户，使得客户能够制造出高性能的CPU。

PowerPC系列

PowerPC 是一种精简指令集（RISC）架构的中央处理器（CPU），其基本的设计源自IBM（国际商用机器公司）的IBM PowerPC 601 微处理器POWER（Performance Optimized With Enhanced RISC；《IBM Connect 电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化”）架构。