定制CPU核心与Arm Cortex核心：你需要知道的一切

在阅读我们关于SoC发布的报道时，你可能会遇到“定制CPU核心”这个词，尤其是在阅读苹果的硅芯片时。但定制核心到底是什么？为什么人们对他们如此大惊小怪？谁设计的？好吧，让我们来看看！

为什么Arm对智能手机如此重要

所有安卓爱游戏刷手机版下载智能手机和苹果iPhone都使用基于Arm指令集架构（ISA）的CPU。ISA定义了指令集，并概述了该指令集背后的设计理念。大多数电脑使用x86-64 ISA，这是英特尔最初的32位ISA的64位版本，出现在80年代的处理器中，如80386和80486。AMD创造了64位版本，并于2003年发布了第一款x86-64处理器。另一方面，智能手机则使用Arm ISA。目前使用的大多数智能手机都是基于Armv8的，较新的芯片组正在向智能手机转移最新Armv9版本.

Arm架构被称为RISC（精简指令集计算机）架构。其思想是，通过使用简化的指令集，可以快速执行指令，但可能需要执行多条指令，才能在CISC（复杂指令集计算机）处理器上实现与单个指令相同的结果。还有一些其他设计决策对RISC至关重要，包括所有数据处理仅在寄存器上运行，而不是直接在内存上运行。但是，从广义上讲，RISC方法的性能不太好，但功耗更低——非常适合智能手机。

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Arm的商业模式不同于英特尔或AMD的商业模式，因为Arm将其CPU设计（即其知识产权或IP）许可（销售）给其客户，然后这些客户再制造自己的芯片。Arm出售的每一块芯片都会获得专利使用费，而且被许可方需要将其芯片认证为Arm兼容。另一方面，英特尔设计、制造和销售自己的芯片。AMD也是如此，只是它在实际生产阶段使用了第三方。

Arm的客户包括高通、苹果、三星、联发科、谷歌、Rockchip等公司。这些公司中的每一家都与Arm有业务关系，这使他们能够构建与Arm体系结构兼容的处理器。许可证有两个一般级别：核心许可证和体系结构许可证。核心许可证允许Arm的合作伙伴采用完整的CPU设计（如Cortex-A系列中的设计），并将其与GPU、内存控制器、图像信号处理器（ISP）、机器学习（ML）加速器等一起集成到片上系统（SoC）中。该公司有权在其想要的任何配置中使用其喜欢的CPU设计，但是，不允许修改CPU设计。这有时被称为“现成的”，因为CPU的核心部分已经由Arm自己设计。

体系结构许可证持有人可以设计自己的Arm体系结构兼容CPU，然后在其希望的任何配置中使用这些核心，只要CPU设计与Arm ISA兼容。建筑许可证持有人包括高通、苹果、三星和英伟达。这就是所谓的“定制核心”，因为它是在内部开发的，比其他公司使用的设计更加定制。

大多数（如果不是全部的话）架构许可证持有者也是核心许可证持有者，这意味着该公司将在其产品系列中拥有使用Arm Cortex-A CPU核心设计的SOC，以及使用其团队设计的CPU核心的SOC。

定制CPU设计的利弊

定制内核是一种CPU内核设计，由Arm体系结构许可证持有人制造，与Arm ISA兼容，但不是Arm Cortex-A设计。设计定制的CPU核心是一项巨大的事业，无论是技术上还是经济上。由于创建定制内核是一项资源密集型工作，因此只有当一家公司有一个特定的需求或性能目标，而这些需求或目标是当前Cortex-a或Cortex-X内核无法满足的时候，才值得去做。即便如此，有时它会有回报，有时却没有。

现代CPU核心拥有数十亿个晶体管，设计需要数年时间，并且需要一支由高技能工程师组成的团队。如果一家公司能够组建合适的团队，投入合适的资金，那么它就有可能创造出比竞争对手更好的定制CPU。然而，同样地，它也可能创造出与竞争对手完全相同的CPU设计，甚至是低于标准的糟糕设计。最终，任何定制的CPU核心设计团队都将与Arm自己经验丰富的设计团队和整个行业展开正面交锋。

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如果做得对，回报是值得的。吹牛的权利和技术优势让营销部门变得疯狂。在性能和能效方面占据第一，可以带来强劲的产品销售和良好的利润。例如，苹果智能手机和笔记本电脑SOC中的定制Arm CPU内核在营销和获得行业领先性能方面都对该品牌有所帮助。

然而，如果CPU设计平庸，那么当公关团队试图将注意力从CPU核心设计转移到其他方面时，这将成为一场营销噩梦。三星的现在-退役的猫鼬CPU内核例如，该公司难以与竞争对手抗衡，因此对其Exynos mobile SoC产品线犹豫不决。

哪些公司设计定制CPU内核？

滚，滚，下注！哪些科技公司有足够的财力，愿意把家族的银子押在定制的CPU设计上？这是一个关于赢家和输家的故事。挫折和卷土重来。收购和收购。

高通公司

高通公司是顶级Arm许可证持有人的“经典”例子。它同时持有体系结构许可证和核心许可证。高通公司在其所有不同系列的处理器中使用Arm CPU设计，从200系列一直到800系列。然而，它在历史上的不同时期也使用了定制的CPU设计。高通公司800系列的早期处理器Snapdragon 800、801和805采用了高通公司定制的Krait CPU核心设计。随着移动到64位，高通公司在Arm设计和自己的Kryo设计之间进行了切换，最终只使用了Snapdragon 835之后的Arm CPU内核。

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高通公司也是Arm Cortex-X定制CPU计划（CXC）的一部分，这意味着它可以使用Arm性能最高的CPU内核Cortex-X系列。该项目的其他成员包括三星、谷歌和联发科。

2021高通公司以14亿美元收购了一家名为Nuvia的初创公司Nuvia由前苹果高管杰拉德·威廉姆斯三世以及一些领先的行业专家如马努·古拉蒂和约翰·布鲁诺共同创立。

Gerard Williams在苹果的工作包括旋风、台风、龙卷风、飓风、季风、漩涡、闪电和Firestorm CPU，它们分别出现在苹果A7、A8、A9、A10、A11、A12系列、A13和A14中。他还为最初的苹果M1处理器提供了输入。

高通公司计划利用从Nuvia获得的技术设计自己的定制Arm兼容CPU内核，最初用于笔记本电脑，最终用于智能手机。

苹果硅呢？

苹果也是顶级Arm授权商。所有iPhone，从最初的iPhone到最新的，都使用基于Arm的处理器。多年来，苹果一直在使用Arm Cortex-A设计——iPhone 4S使用双核Cortex-A9 SoC（苹果A5）以及自己的定制设计。iPhone 5使用了苹果的A6 SoC，它有两个Swift内核。Swift是苹果公司的第一款定制核心设计。它是一款32位Armv7兼容设计，通过增加对高级SIMD v2和VFPv4等功能的支持，对Cortex-A9进行了改进。

苹果决定从Arm提供的Cortex-A内核转向自己的内部内核，这是该公司2008年收购P.A.Semi的结果。P.A.Semi是一家芯片设计公司，由DEC Alpha 21064和StrongARM处理器的首席设计师丹尼尔·W·多伯普尔创立。该团队花了几年时间才准备好发布其第一个干净的SoC设计。然而，一旦它做到了，苹果就再也没有使用现成的Arm CPU核心设计。

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Swift之后出现了Cyclone，这是一款64位核心设计，令智能手机行业的其他人大吃一惊。苹果A7 SoC于2013年9月发布，用于iPhone 5S（以及各种iPad机型）。相比之下，首款搭载64位处理器的Android智能手机于2015年初问世。结果，苹果在64位计算方面领先竞争对手18个月，在定制64位内核方面领先三年。爱游戏刷手机版下载

苹果通常每年都会发布一款新的处理器，通常采用新的或改进的定制CPU核心设计。在对智能手机CPU设计的性能感到满意后，苹果宣布将把个人电脑和笔记本电脑的整个Mac系列转移到内部设计的Arm兼容处理器上。这些处理器被称为“苹果硅”。第一款是Apple M1，它使用了与iPhone 12的A14仿生处理器相同的Firestorm CPU核心设计。紧随M1之后的是M1 Pro和M1 Max，它们都有一个10核的CPU——八个性能内核，两个用于能效。

苹果继续为iPhone、iPad和Mac发布自己的苹果硅处理器。

三星和英伟达也使用Arm架构

与高通公司一样，三星也使用了Arm设计的CPU内核和自己定制的CPU设计。截至2016年，所有三星Exynos处理器均采用Arm设计的Cortex-A CPU内核。然而，在2016年，三星推出了Exynos 8 Octa 8890，它融合了基于Arm的CPU设计和三星自己的内部CPU核心设计。代号为Mongoose的三星CPU核心设计来自其三星奥斯汀研发中心（SARC）。三星将这些设计用于四代移动处理器。Exynos 9825是最后一款，采用M4 CPU内核（也称为Cheetah）。

从那时起，三星一直在独家使用Arm CPU核心设计。与高通和谷歌一样，它也是Cortex-X定制CPU计划的成员，因此可以访问Cortex-X CPU内核。

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说到PC图形，Nvidia是家喻户晓的名字，但它不仅仅是一家GPU公司。Nvidia的产品可以在便携式游戏设备（即任天堂交换机）、机器学习开发系统（Jetson系列）、自动驾驶汽车和数据中心中找到。

在PC市场之外，其GPU的CPU选择是Arm。Nvidia是一家Arm core许可证持有者，并且拥有架构许可证。事实上，英伟达对基于Arm的CPU如此热衷，以至于它在2020年开始了全面收购Arm的程序。

英伟达使用Arm设计的Cortex-A CPU内核，Tegra X1是任天堂交换机的一个变种。Tegra X1还用于入门级机器学习开发工具包Jetson Nano和英伟达盾爱游戏刷手机版下载安卓电视。Arm设计的内核（特别是Cortex-A78AE）也可以在英伟达的Orin SoC中找到。

但英伟达也有自己定制的Arm兼容CPU内核。在Jetson TX2中发现的Tegra X2使用Nvidia的64位Denver2 CPU内核。Nvidia定制的Carmel CPU内核可以在Jetson Xavier以及Nvidia制造的各种自动驾驶系统中找到。对于下一代Nvidia硬盘平台，Nvidia将使用一款与Arm兼容的定制CPU，代号为Grace next。

定制内核更好吗？

所以这里有一个大问题：定制内核比Arm内核好吗？这取决于你所说的更好。有几种方法可以描述CPU核心的特性，其中一些方法并不专业。除了性能和效率（两个技术特征）之外，你还需要考虑成本、多样性和目的。

目前，全世界有四个甚至五个工程师团队在设计基于Arm架构的智能手机CPU内核。一个团队属于Arm本身，其他团队属于苹果、高通和英伟达。与所有行业（如汽车、纺织、生物研究等）一样，一个团队在某个方面会领先于另一个团队。

就谁制造了性能最高的内核而言，目前是苹果。苹果在2013年推出苹果A7时处于领先地位，此后一直保持领先地位。高通公司收购Nuvia有可能改变这一点。

这一策略对苹果来说很有效。苹果iPhone的收入超过了谷歌全年收入的总和。该公司的年总收入几乎是谷歌的两倍，超过谷歌、英特尔和微软的总和！

如果像苹果这样的公司能够通过使用定制内核来区别于竞争对手，那么这样做似乎在经济上是有意义的。苹果决定使用自己的硅给竞争对手带来了压力。安卓设备制造商问自己，他们是否也应该使用定制的CPU核心设计？这样的投资和风险值得吗？英特尔和AMD也感受到了类似的压力。苹果的硅芯片是否对PC市场的既定秩序构成了威胁？爱游戏刷手机版下载

对消费者来说，这种压力意味着创新和进步在Arm生态系统中依然存在。竞争是好的。

你觉得定制内核怎么样？当你买上一部智能手机时，CPU核心的设计是一个考虑因素吗？请在下面的评论中告诉我。