ARM：移动端异军突起

在PC领域，Intel的CPU一枝独秀。而在移动端呢?那就当属ARM了。ARM全称为Advanced RISC Machine，也就是进阶精简指令集机器。ARM是RISC微处理器的代表作之一，其广泛的在嵌入式系统设计中被使用。而且ARM处理器最大的特点在于节能，这也是其在移动通信领域无人能敌的原因之一。

打造ARM64位服务器

在过去，ARM专注于发展32位架构，在移动端称霸多年，让Intel眼馋不矣。而在PC和服务器领域，Intel的市场也让ARM十分眼红。ARM于 2011年底发布的ARMv8为其首款64位处理器，而戴尔在2013年发布了其首款基于ARM64位构架的服务器，相应的服务器解决方案也被开发出来。

专家认为，尽管Intel的x86处理器在服务器领域依然无敌，但64位的ARM构架应该可以找到自己的一席之地，ARM在内存和网络接口同计算核心间的距离会被尽可能的拉近，并借此承载起密度极高的大量计算进程，这种特性与Web服务器及其应用十分契合。

在服务器领域，Intel的芯片也有很多水土不服的领域，比如内存容量、I/O和处理性能不成比例时，ARM处理器的表现会更加合格。ARM处理器的 ISA复杂程度要低很多，开发成本也要低，相应的，ARM服务器厂商针对这些应用场景所开发的服务器也就拥有了打败Intel的前提条件。而从这些应用环境所切入服务器市场的ARM架构服务器其针对客户也正是x86的原有部分客户。

而Intel是不会轻易放手的，在服务器领域，其工艺对ARM保持领先，其处理器性能也远高于ARM处理器，可在功耗方面一直是Intel的一个心病。

此外，Intel也想进军移动端，要打败ARM，在低功耗的服务器领域发力便是一个好的选择。采用了14nm工艺的Xeon-D，其包括的2个1.4G的Broadwell内核和GPU的功耗才仅仅为6W，在性能功耗比方便比ARM要高出不少。

在2008年，Intel推出了Atom处理器，这款处理器是Intel史上体积最小，功耗最低的处理器，其开创出去便是之中弥补自己在移动计算领域先天不足的问题，而这一领域被ARM霸占多年，在技术和经验中Intel都不占优势，想要打败ARM又谈何容易?

既然双方都对对方的领域虎视眈眈，那么ARM和Intel的大战绝对是不可避免的。那么想要进入Intel的服务器领域，ARM就需要拿出来真本事了，以其64位元处理器作为基础的芯片设计，功耗低、成本低，具备构架弹性，以这些优势去硬碰Intel又能有几成胜算呢?

换个角度看，ARM芯片架构具备一定的灵活性，可以实现很多企业的特性需求，比如缓存一致性以及容错和高可用性等，其软件的生态环境成熟度却不及Intel，即便是有了更多的企业关注也未必就能有把握击败Intel，那么又是什么支持这ARM来客场挑战Intel呢?

ARM与X86大比拼

从几个方面比较ARM与X86架构Intel和ARM的处理器，除了最本质的复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)的区别之外，下面我们再从以下几个方面对比下ARM和X86架构。


1、制造工艺ARM和Intel处理器的一大区别是ARM从来只是设计低功耗处理器，Intel的强项是设计超高性能的台式机和服务器处理器。

一直以来，Intel都是台式机的服务器行业的老大。然而进入移动行业时，Intel依然使用和台式机同样的复杂指令集架构，试图将其硬塞入给移动设备使用的体积较小的处理器中。但是Intel i7处理器平均发热率为45瓦。基于ARM的片上系统的发热率最大瞬间峰值大约是3瓦，约为Intel i7处理器的1/15。其最新的Atom系列处理器采用了跟ARM处理器类似的温度控制设计，为此Intel必须使用最新的22纳米制造工艺。

2、64位计算对于64位计算，ARM和Intel也有一些显著区别。Intel并没有开发64位版本的x86 指令集。64位的指令集名为x86-64(有时简称为x64)，实际上是AMD设计开发的。Intel想做64位计算，它知道如果从自己的32位x86架构进化出64位架构，新架构效率会很低，于是它搞了一个新64位处理器项目名为IA64。由此制造出了Itanium系列处理器。

而 ARM在看到移动设备对64位计算的需求后，于2011年发布了ARMv8 64位架构，这是为了下一代ARM指令集架构工作若干年后的结晶。为了基于原有的原则和指令集，开发一个简明的64位架构，ARMv8使用了两种执行模式，AArch32和AArch64。顾名思义，一个运行32位代码，一个运行64位代码。ARM设计的巧妙之处，是处理器在运行中可以无缝地在两种模式间切换。这意味着64位指令的解码器是全新设计的，不用兼顾32位指令，而处理器依然可以向后兼容。


3、异构计算ARM的 big.LITTLE架构是一项Intel一时无法复制的创新。在big.LITTLE架构里，处理器可以是不同类型的。传统的双核或者四核处理器中包含同样的2个核或者4个核。一个双核Atom处理器中有两个一模一样的核，提供一样的性能，拥有相同的功耗。ARM通过big.LITTLE向移动设备推出了异构计算。这意味着处理器中的核可以有不同的性能和功耗。当设备正常运行时，使用低功耗核，而当你运行一款复杂的游戏时，使用的是高性能的核。

这是什么做到的呢?设计处理器的时候，要考虑大量的技术设计的采用与否，这些技术设计决定了处理器的性能以及功耗。在一条指令被解码并准备执行时，Intel和ARM的处理器都使用流水线，就是说解码的过程是并行的。

为了更快地执行指令，这些流水线可以被设计成允许指令们不按照程序的顺序被执行(乱序执行)。一些巧妙的逻辑结构可以判断下一条指令是否依赖于当前的指令执行的结果。Intel和ARM都提供乱序执行逻辑结构，可想而知，这种结构十分的复杂，复杂意味着更多的功耗。

那为什么反而ARM的比X86耗电少得多呢。这就和另外一个因素相关了，那就是设计。

设计又分为前端和后端设计，前端设计体现了处理器的构架，精简指令集和复杂指令集的区别是通过前端设计体现的。后端设计处理电压、时钟等问题，是耗电的直接因素。当然，其中任何一项都会使得时钟和电源所控制的模块无法工作。他们的区别在于，门控时钟的恢复时间较短，而电源控制的时间较长。此外，如果条单条指令使用多个模块的功能，在恢复功能的时候，并不是最慢的那个模块的时间，而可能是几个模块时间相加，因为这牵涉到一个上电次序的问题，也就是恢复工作时候模块间是有先后次序的，不遵照这个次序，就无法恢复。而遵照这个次序，就会使得总恢复时间很长。

所以在后端这块，可以得到一个结论，为了省电，可以关闭一些暂时不会用到的处理器模块。但是也不能轻易的关闭，否则一旦需要，恢复的话会让完成某个指令的时间会很长，总体性能显然降低。此外，子模块的门控时钟和电源开关通常是设计电路时就决定的，对于操作系统是透明的，无法通过软件来优化。

再来看前端。ARM的处理器有个特点，就是乱序执行能力不如X86。换句话说，就是用户在使用电脑的时候，他的操作是随机的，无法预测的，造成了指令也无法预测。X86为了增强对这种情况下的处理能力，加强了乱序指令的执行。此外，X86还增强了单核的多线程能力。这样做的缺点就是，无法很有效的关闭和恢复处理器子模块，因为一旦关闭，恢复起来就很慢，从而造成低性能。为了保持高性能，就不得不让大部分的模块都保持开启，并且时钟也保持切换。这样做的直接后果就是耗电高。而ARM的指令强在确定次序的执行，并且依靠多核而不是单核多线程来执行。这样容易保持子模块和时钟信号的关闭，显然就更省电。

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