探究服务器的核心：x86和risc的区别 (服务器 x86 risc)

探究服务器的核心：x86和RISC的区别

服务器是当前互联网时代必不可少的设备，而作为服务器的核心，其处理器也是十分重要的组成部分。目前市场上使用最广泛的两种服务器处理器为x86和RISC，二者拥有各自的特点和适用范围，本文将为大家探究它们的区别。

一、x86处理器

x86处理器是IBM公司在1981年推出的之一款微处理器。它由Intel公司推广并广泛应用于PC领域，因此x86微处理器成为了目前市场上最为普及的处理器架构之一。x86处理器性能强，且易于使用和开发，使其成为业界的主流CPU。

x86处理器的更大特点就是拥有完整的指令集架构，包括延迟加载、动态链接、调试指令等等一系列常用的指令，这使得它非常容易开发和使用。同时，x86处理器适合于各种应用场景，从个人电脑和游戏机到高端的企业服务器和云端服务器，都可以使用x86处理器。

x86架构的处理器还拥有非常高的兼容性，向下兼容到1981年推出的之一款x86微处理器，这使得开发商可以更加方便地编写和发布程序，同时也使该处理器成为了公司采购计算机时的优选处理器。

二、RISC处理器

RISC处理器的前身是精简指令集计算机（RISC，Reduced Instruction Set Computer），RISC处理器采用的是一种精英化配置，缩减指令集，削减指令的长度，减少寄存器数量。因此，与x86相比，它更加小巧、灵活，且具有更高的执行能力和功率效率。

RISC处理器的另一个优势是执行完单个指令的速度非常快，这是因为它将处理器的功能分为了多个阶段，从而提高了指令执行的效率。因此，RISC处理器在高流量情况下的表现非常好，比如网络服务器、大数据处理网络和高性能计算。

同时，RISC处理器还支持高效的多线程和多核处理，使其在高性能计算、科学计算和实时计算方面表现出色。

三、两者的区别

1. 指令集

x86处理器拥有完整的指令集架构，功能比较齐全，而RISC则采用精简指令集，功能相对较少，更加小巧、灵活。

2. 兼容性

x86对各种操作系统以及多种软件都兼容，允许用户在其平台上使用大量的软件。而RISC则需要适配自己的操作系统和软件，其兼容性相对较弱。

3. 处理速度

RISC处理器比x86处理器执行指令的速度要快，因为它采用的是单精简指令集，缩减了指令长度，并将处理器的功能分为了多个阶段。这使得RISC处理器在高流量情况下的表现不错，比如科学计算等。

4. 功率效率

RISC处理器的功率效率比x86处理器更高，因为它专注于执行非常简单的指令。由于处理器的功能相对简单，所以能够更快地完成工作，消耗的能量就更少。

两种服务器处理器各有优劣。在选择时需要结合实际情况来进行，选取适合自己的处理器。

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ARM X86 CISC RISC

参考 ARM X86 区别

RISC的英文全称是“灶尺reduced instruction set computer”，即“精简指令集计算机”；

CISC的英文全称为“Complex Instruction Set Computer”，即“复杂指令系统计算机”。

X86是复杂指令集（CISC）的代表，而ARM(Advanced RISC Machine——高级RISC机)则是精简指令集（RISC）的代表。

关于X86架构和ARM架构这两者谁将统一市场的争执一直都有，但是也有人说这两者根本不具备可比性，X86无法做到ARM的功耗，而ARM也无法做到X86的性能。

我们要明白CPU是一个执行部件，它之所以能执行，也是因为人们在里面制作了执行各种功能的硬件电路，然后再用一定的逻辑让它按照一定的顺序工作，这样就能完成人们给它的任务。也就是说，如果把CPU看作一个人，首先它要有正常的工作能力（既执行能力），然后又有足够的逻辑能力（能明白隐轮高做事的顺序），最后还要听的懂别人的话（既指令集），才能正常工作。而这些集中在一起就构成了所谓的“架构”，它可以理解为一套“工具”、“方法”和“规范”的。不同的架构之间，工具可能不同，方法可能不同，规范也可能不同，这也造成了它们之间的不兼容——你给一个意大利泥瓦匠看一份中文写成的烹饪指南，他当然不知道应该干什么了。

从CPU发明到现在，有非常多种架构，从我们熟悉的X86，ARM，到不太熟悉的MIPS，IA64，它们之间的差距都非常大。但是如果从最基本的逻辑角度来分类的话，它们可以被分为两大类，即所谓的“复杂指令集”与“精简指令集”系统，也就是经常看到的“CISC”与“RISC”。属于这两种类中的各种架构之间更大的区别，在于它们的设计者考虑问题方式的不同。

我们可以继续举个例子，比如说我们要命令一个人吃饭，那么我们应该怎么命令呢？我们可以直接对他下达“吃饭”的命令，也可以命令他“先拿勺子，然后舀起一勺饭，然后张嘴，然后送到嘴里，最后咽下去”。从这里可以看到，对于命令别人做事这样一件事情，不同的人有不同的理解，有人认为，如果我首先给接受命令的人以足够的训练，让他掌握各种复杂技能（即在硬件中实现对应的复杂功能），那么以后就可以用非常简单的命令让他去做很复杂的事情——比如只要说一句“吃饭”，他就会吃饭。但是也有人认为这样会让事情变的太复杂，毕竟接受命令的人要做的事情很复杂，如果你这时候想让他吃菜怎么办？难道继续训练他吃菜的方法？我们为什么不可以把事情分为许多非常基本的步骤，这样只需要接受命令的人懂得很少的基本技能，就可以完成同样的工作，无非是下达命令的人稍微累一点——比如现在我要他吃菜，只需要把刚刚吃饭命令里的“舀起一勺饭”改成“舀起一勺菜”，问题就解决了，多么简单。

这就是“复杂指令集”和“精简指令集”的逻辑区别。可能有人说，明显是精简指令集好啊，但是我们不好去判断它们之间到底谁好谁坏，因为目前他们两种指令集都在蓬勃发展，而且都很成功——X86是复杂指令集（CISC）的代表，而ARM则是精简指令集（RISC）的代表，甚至ARM的名字就直接表明了它的技术：Advanced RISC Machine——高级RISC机。

到了这里你就应该明白为什么RISC和CISC之间不好直接比较性能了，因为它们之间的设计思路差异太大。这样的思路导致了CISC和RISC分道扬镳——前桐差者更加专注于高性能但同时高功耗的实现，而后者则专注于小尺寸低功耗领域。实际上也有很多事情CISC更加合适，而另外一些事情则是RISC更加合适，比如在执行高密度的运算任务的时候CISC就更具备优势，而在执行简单重复劳动的时候RISC就能占到上风，比如假设我们是在举办吃饭大赛，那么CISC只需要不停的喊“吃饭吃饭吃饭”就行了，而RISC则要一遍一遍重复吃饭流程，负责喊话的人如果嘴巴不够快（即内存带宽不够大），那么RISC就很难吃的过CISC。但是如果我们只是要两个人把饭舀出来，那么CISC就麻烦得多，因为CISC里没有这么简单的舀饭动作，而RISC就只需要不停喊“舀饭舀饭舀饭”就OK。

这就是CISC和RISC之间的区别。但是在实际情况中问题要比这复杂许许多多，因为各个阵营的设计者都想要提升自家架构的性能。这里面最普遍的就是所谓的“发射”概念。什么叫发射？发射就是同时可以执行多少指令的意思，例如双发射就意味着CPU可以同时拾取两条指令，三发射则自然就是三条了。现代高级处理器已经很少有单发射的实现，例如Cortex A8和A9都是双发射的RISC，而Cortex A15则是三发射。ATOM是双发射CISC，Core系列甚至做到了四发射——这个方面大家倒是不相上下，但是不要忘了CISC的指令更加复杂，也就意味着指令更加强大，还是吃饭的例子，CISC只需要1个指令，而RISC需要5个，那么在内存带宽相同的情况下，CISC能达到的性能是要超过RISC的（就吃饭而言是5倍），而实际中CISC的Core i处理器内存带宽已经超过了100GB/s，而ARM还在为10GB/s而苦苦奋斗，一个更加吃带宽的架构，带宽却只有别人的十分之一，性能自然会受到非常大的制约。为什么说ARM和X86不好比，这也是很重要的一个原因，因为不同的应用对带宽需求是不同的。一旦遇到带宽瓶颈，哪怕ARM处理器已经达到了很高的运算性能，实际上根本发挥不出来，自然也就会落败了。

说到这儿大家应该也已经明白CISC和RISC的区别和特色了。简而言之，CISC实际上是以增加处理器本身复杂度作为代价，去换取更高的性能，而RISC则是将复杂度交给了编译器，牺牲了程序大小和指令带宽，换取了简单和低功耗的硬件实现。但如果事情就这样发展下去，为了提升性能，CISC的处理器将越来越大，而RISC需要的内存带宽则会突破天际，这都是受到技术限制的。所以进十多年来，关于CISC和RISC的区分已经慢慢的在模糊，例如自P6体系（即Pentium Pro）以来，作为CISC代表的X86架构引入了微码概念，与此对应的，处理器内部也增加了所谓的译码器，负责将传统的CISC指令“拆包”为更加短小的微码（uOPs）。一条CISC指令进来以后，会被译码器拆分为数量不等的微码，然后送入处理器的执行管线——这实际上可以理解为RISC内核+CISC解码器。而RISC也引入了指令集这个就逻辑角度而言非常不精简的东西，来增加运算性能。正常而言，一条X86指令会被拆解为2～4个uOPs，平均来看就是3个，因此同样的指令密度下，目前X86的实际指令执行能力应该大约是ARM的3倍左右。不过不要忘了这是基于“同样指令密度”下的一个假设，实际上X86可以达到的指令密度是十倍甚至百倍于ARM的。

最后一个需要考虑的地方就是指令集。这个东西的引入，是为了加速处理器在某些特定应用上性能而设计的，已经有了几十年的历史了。而实际上在目前的应用环境内，起到决定作用的很多时候是指令集而不是CPU核心。X86架构的强大，很多时候也源于指令集的强大，比如我们知道的ATOM，虽然它的X86核心非常羸弱，但是由于它支持SSE3，在很多时候性能甚至可以超过核心性能远远强大于它的Pentium M，这就是指令集的威力。目前X86指令集已经从MMX，发展到了SSE，AVX，而ARM依然还只有简单而基础的NEON。它们之间不成比例的差距造成了实际应用中成百上千倍的性能落差，例如即便是现今最强大的ARM内核依然还在为软解1080p H.264而奋斗，但一颗普通的中端Core i处理器却可以用接近十倍播放速度的速度去压缩1080p H.264视频。至少在这点上，说PC处理器的性能百倍于ARM是无可辩驳的，而实际中这样的例子比比皆是。这也是为什么我在之前说平均下来ARM只有X86几十分之一的性能的原因。

打了这么多字，其实就是为了说明一点，虽然现在ARM很强大，但它距离X86还是非常遥远，并没有因为这几年的进步而缩短，实际上反而在被更快的拉大。毕竟它们设计的出发点不一样，因此根本不具备多少可比性，X86无法做到ARM的功耗，而ARM也无法做到X86的性能。这也是为什么ATOM一直以来都不成功的原因所在——Intel试图用自己的短处去和别人的长处对抗，结果自然是不太好的，要不是Intel拥有这个星球上更先进的半导体工艺，ATOM根本都不可能出现。而ARM如果尝试去和X86拼性能，那结果自然也好不到哪儿去，原因刚刚也解释过了。不过这也不意味着ARM以后就只能占据低端，毕竟任何架构都有其优点，一旦有应用针对其进行优化，那么就可以扬长避短。X86的繁荣也正是因为整个世界的资源都针对它进行了优化所致。只要能为ARM找到合适的应用与适合的领域，未来ARM也未必不可以进入更高的层次。

“国产芯”加速崛起，新架构谁担大任？

“不能在别人的地基上盖房”，对芯片来说，架构就类似于地基。在危机倒逼下的中国芯片产业，正出现新的变化，自主创新的阵营逐渐充实，并加速试水新架构。

8月，国内首家RISC-V IP供应商芯来 科技 宣布完成新一轮战略融资，由小米长江产业基金领投，紧随其后，广东鲲鹏生态大会在广州举行，华为、广电运通共同研发的广电鲲鹏服务器对外发布，解决了广州本地没有服务器制造商的困境。

芯片架构，即指令集架构，通俗来说，指令集就像是一整套语言系统，CPU能够读懂并按照要求运行程序、硬件。截至目前，CPU主要有两大指令集，复杂指令集（CISC）架构x86，精简指令集（RISC）架构阵营有Arm、MIPS和RISC-V。

在服务器x86架构一家独大的当下，Arm、RISC-V正成为国内厂商集中突破的“长城口”，被视为换道超车的机会。

三大架构三分天下

在6月举行的2023年全球开发者大会上，苹果毅然宣布与合作了15年的老搭档英特尔“分手”，弃用传统的英特尔CPU，改用自研的Arm架构处理器。

这并非个案。8月，基于Arm架构的广电鲲鹏服务器正式对外发布，提供安全可靠自主创新的领先计算平台。

一直以来，全球超过九成服务器芯片市场都建立在英特尔x86架构上，其在PC市场一直处于绝对的霸主地位；而在移动互联时代，特别是云计算的爆发，需要向功耗低、微服务转变，Arm架构很快统领了移动市场的份额，并逐步觊觎PC的份额。

“在PC市场，x86架构的市场份额太高了，这不利于供应链安全，几乎所有的IT厂商都在试图打破一家独巧早大的格局，包括谷歌、亚马逊在内，都在研发基于Arm架构的服务器。”一位集成电路投资人士说，华为布局Arm架构，踏准掘宽信了发展的趋势，将为全球所有的IT厂商提供一个新的选择。

对英特尔x86架构发起挑战的，远不止于此。如果说Arm架构崛起于PC时代走向移动计算时代的转折点，物联网时代就是RISC-V成长的土壤。

与Arm同为RISC指令集架构的RISC-V，由于是开源的指令集，在此基础上开发的CPU和操作系统判轮不容易遭遇“卡脖子”，因此该架构被视为可与Arm一较高下。

中国工程院院士倪光南在展望开源芯片前景时也曾对此寄予厚望：“RISC-V很可能发展成为世界主流CPU之一，在CPU领域形成英特尔x86、Arm、RISC-V三分天下的格局。”

芯片架构的生存之道一般是“中立策略”，如Arm只授权芯片设计方案，并不生产或销售芯片，因而可以将技术卖给其他公司而不存在竞争。

形势风云变幻，软银有意出售持有的Arm股份，而英伟达被传收购Arm已进入最终谈判阶段。这引发了外界对Arm新的担忧。

与华为前瞻性永久买断Arm的V8构架不同，新势力则愿意尝试RISC-V。而RISC-V的中立性，也为其赢得了更多拥趸。2023年，RISC-V基金会成立，其成员包括高通、英伟达、三星和谷歌、阿里、华米等300多家全球企业。

赛迪智库集成电路研究所高级分析师种丹丹向媒体表示，在复杂国际形势下，RISC-V基金会已将总部迁往瑞士，体现出中立姿态，在主流指令集x86闭源、Arm授权费用昂贵的背景下，开源的RISC-V指令集，专攻物联网等新兴市场，与x86、Arm等生态形成错位竞争，是打破当前处理器垄断局面的潜在力量。

谁能跑出关键是生态构建

与苹果携完善的生态迁移Arm不同，国内厂商在转换架构时，无论是Arm还是RISC-V架构，都需要稳扎稳打构建新的生态。

即便是三星，有强大的芯片生产能力，庞大的出货量提供了广阔的市场应用，但最终三星仍要使用大量高通芯片，很重要一个原因就在于其芯片Exynos缺乏生态。

张熙伟举例说，打消合作伙伴的顾虑就非常关键，部分合作伙伴能力参差不齐，有时候工程师们也会抱怨，为何不自己做得了。但既然是做生态，就要有所为有所不为，为了打消合作伙伴的疑虑，到2023年6月，伙伴生产的鲲鹏服务器销量已经超过了华为自产的TaiShan服务器。

同样，RISC-V要成为与Arm比肩甚至替代Arm的架构，更大的掣肘则是操作系统、算法库等软件生态的支持。相比之下，x86有微软支持的“Wintel”联盟，Arm有安卓支持的“AA”联盟，而RISC-V尚未有统一的操作系统。

芯来 科技 战略总监李珏坦言，RISC-V还处于热身期，客户要从原有的生态切换到RISC-V，需要付出一定的迁移学习成本，这也成为当下RISC-V在普及时遇到的阻力之一，目前，各个RISC-V厂商采取追随用户习惯的策略，让接口、编译器、操作界面等软环境尽量贴近长期使用Arm架构用户的使用习惯。

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