不是一本武功秘籍,指令集

IP、芯片构架、指令集是什么？有什么联系？

IP是Intellectual Property（知识产权）的缩写，它是一个很大的概念，包括内容IP（比如小说、电影、游戏的内容、人物形象和标识等）、品牌IP（漫画改编的电影《十万个冷笑话》，海外作品改编和翻拍，如翻拍《奇怪的她》的《重返20岁》）等。下图中的紫薯大叔形象也是一种IP。IP是可以深度挖掘开发，并变现成现金的。

这方面，腾讯有话说，因为它在国内做得最好，把明星IP生生地变成摇钱树树或印钞机。在芯片设计领域，IP的内涵也是相当宽泛的，包括架构、指令集、芯片内部电路设计等，都属于IP，受到知识产权法律保护。一句话，只要是芯片公司独立开发的东西，不管是芯片内核还是制程工艺，申请了专利，都属于IP。那么题主说的架构和指令集又是什么关系呢？CPU的算术逻辑单元（ALU）在进行计算操作时，需要将计算分解为许多小的步骤，每一个步骤要用到一行执行语句，这个执行语句就是指令，诸多指令的集合就是指令集。

打个形象的比方，指令集相当于电脑能说能读的语言，和人类社会中的英语、汉语、法语等语言类似，特定的语言为特定的人群使用。同样地，特定的指令集为特定的CPU使用，X86芯片的指令集属于CISC体系，AＲM的芯片则属于RISC体系。正因为指令集和CPU如此亲近的关系，所以指令集手册都是用汇编语言写成。架构则涵义宽泛，当说体系架构时，实际说的是指令集体系，当说微架构时，指的又是CPU内部的结构，包括缓存大小、单元设计等。

其实，只要稍微关注芯片产业的发展历史，就会发现一个规律，芯片架构几乎两三年更新一次，而且一个架构可以延伸出多个产品，但指令集却多年不变。英特尔的Sunny Cove架构涵盖了第10代处理器，包括酷睿i3、i5、i7三大系列，数十款产品，但指令集和前几代架构相比，基本未变，仅增加了一套全新的支持深度学习加速技术的指令集。

为什么我国自主设计的CPU基本上都是精简指令集，复杂指令集是要过时了吗？

精简指令集（RISC）的代表ARM确实占领了手机等移动市场，但没必要把它捧上天，复杂指令集（CISC）的代表英特尔和AMD的CPU也并非一无是处，仅在性能和兼容性上的两大优势，就是ARM的处理器无法替代的。所以现在断言复杂指令集（CISC）过时，有点言之过早。打个比方，复杂指令集（CISC）的代表英特尔处理器相当于三国演义中的曹操，占据最有利的地形，兵强马壮（PC领域和服务器领域绝对的王者）；精简指令集（RISC）的代表ARM处理器相当于东吴，实力也不弱，曾击退曹操百万大军（在移动领域打败英特尔）；而精简指令集（RISC）阵营的另一代表是MIPS处理器，相当于蜀汉。

三者关系详见下图：“曹操”英特尔能混到今天的地位，靠的是什么？靠的是强大的性能和良好的兼容性。先说性能。没错，复杂指令集（CISC）的缺点是指令集臃肿，但这个缺点也是它的优点，因为指令多意味着能完成的功能也多，性能也强大。英特尔处理器近几年增加了几百条MMX、SSE指令，提高了执行多媒体程序和其它特殊程序的性能，所以成为工作站、服务器、游戏机等高性能CPU的绝对首选。

在这些对计算性能要求高的场所，打酱油都是同为复杂指令集（CISC）的AMD处理器（服务器市场份额为5%），ARM的份额基本等于零。此外，英特尔处理器在1995年让复杂指令集（CISC）这棵老树发出了新芽，发布的Pentium Pro处理器采用著名的P6微架构，成为教科书式的一代经典。其经典之处在于，X86指令集（属于CISC）先解码成类似精简指令集（RISC）的微操作（microoperations），然后采用RISC内核执行。

这句话读起来太专业晦涩？不要紧，记住这句话就行：现在的英特尔处理器，相当于用复杂指令集（CISC）这张饺子皮，包着精简指令集（RISC）的馅儿。P6架构虽然复杂，但提升了性能，不仅让复杂指令集（CISC）这颗老树成功发芽，还开花结果，越来越繁盛，20多年来不仅统治PC市场，还在服务器领域将精简指令集（RISC）CPU碾成渣渣，逼得其代表ARM只能向低功耗和嵌入式方向发展，最后遇上手机崛起，才由衰转盛，和霉运说拜拜。

和英特尔硬抗到底、不愿撤退的Power处理器，现在坟头树已经有合抱粗了。精简指令集（RISC）CPU败给英特尔，主要就栽在了兼容这道坎上。IBM最先提出RISC思想，开发的Power处理器性能强过CISC指令集的老大英特尔处理器，还拉来苹果、摩托罗拉、SUN公司、微软等成立软硬件联盟，但最终结果是，英特尔凭借良好的兼容性，打败了Power处理器，苹果也转投英特尔怀抱。

这就是兼容的威力。性能和兼容是两大指令集交锋的重点，其中兼容又是决定性因素，因为它牵涉到生态问题。现在CISC指令集CPU主要集中在PC和服务器领域，RISC指令集CPU主要占据移动和嵌入式设备，井水不犯河水，就是因为两大阵营都建立了各自强大的生态系统，想犯也没有用。至于以后，RISC指令集中的ARM处理器是否会一统天下，CISC指令集中的英特尔处理器是否会因此被淘汰，这个谁也不好说，但在可见的未来，两大指令集系统还是会保持互不侵犯的状态。