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达芬奇架构和arm架构有什么区别?

  提起芯片架构,有大名鼎鼎的ARM、英特尔,还有真正自研的苹果,魔改之王的高通,后起之秀的华为。

  那么究竟谁更技高一筹?华为达芬奇架构又有哪些厉害之处?和ARM架构有哪些区别呢?

  什么是架构?架构到底有多重要?

  提起芯片大家都能说上几句,但是一旦具体到芯片架构、指令集这类的东西,很多人都哑口无言了,那么究竟什么是架构呢?

  有人说架构就是指令集,其实二者还是有些区别的。

  架构就是芯片厂商制定的一个规范,目的就是为了区分不同类型芯片的标示。例如:intel系列、AMD系列、ARM系列等等。

  指令集就是指示和命令的集合,一系列的指令就形成一个程序。只有指令集和芯片完美配合,才能发挥出强大的性能。从现阶段的主流体系结构讲,指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分。

  我们可以用蒸米饭来形象的解释。

  我们要蒸米饭肯定是要按照顺序来的,整体来说包括以下几个:买米、淘米、放水、开火、蒸好后再关火、盛饭、摆桌。

  以上这些步骤又可以细分,例如买米,要去超市挑选,然后付款、拿小票、拿米回家。淘米的话,要淘几次?每次淘米放多少水?等等,又会构成一道道的程序。

  无论最终有多少个步骤、米淘的干净与否、大米选购的好与坏,最终是可以蒸出一锅米饭的。

  这些步骤和每一个细分的步骤,合起来就是指令集。每一个小步骤汇集起来,一步步的完成就会得到想要的结果。

  当然,这只是蒸米饭的大体步骤,根据实际情况不同,个人喜好不同,可以微调顺序,例如:可以网购大米,电饭煲可以不关火就盛米饭(保温状态)。可以说,顺序不同,“蒸米饭指令集”就不同。

  这也就是为什么今天要讲架构的原因了,架构就是为了实现指令集所需要的硬件基础。说白了,指令集就是顺序、规划,架构就是实现这些顺序、规划的电路。

  架构重要吗?非常重要!

  试想一下我们的房子,房屋的梁、柱、墙等承重结构重要吗?房屋的设计安全吗?环保吗?节能吗?实用性如何?耐久性如何?经济性如何?所有的这些都是建立在“房屋基础架构”之上的。

  那么一款芯片性能如何?能耗如何?功能是否强大,等等同样也是建立在架构之上的。

  一款芯片由几个核心,多少个SIMD处理器,几个ALU,几个FPU,它们是怎样连接的,功能如何实现的,都是依靠架构实现的。

  经典的ARM架构

  2020年9月14号,美国芯片巨头英伟达宣布以400亿美金的价格收购全球最大的半导体IP提供商ARM公司,这一消息震惊了全球,因为ARM一旦被收购,全球半导体行业将彻底被美国掌控。

  ARM是全球领先的半导体知识产权 (IP) 提供商,成立于1990年,总部位于英国剑桥。

  ARM并不生产和销售实际的半导体芯片,而是向合作伙伴授予 IP 许可证,但没有任何人小看ARM的这一授权,因为,目前全球 95% 以上的手机以及超过四分之一的电子设备都在使用 ARM 技术。

  英伟达的收购方案出来后,需要全球多个国家(美国、英国、欧盟、中国)批准,以确保收购不会造成垄断。全球第一GPU大厂收购全球第一IP授权公司,可想而知它动了多少人的奶酪,最终在多方的压力下,英伟达放弃收购ARM。

  ARM架构究竟有什么神奇之处,可以让全球95%的手机使用,收购ARM更需要中、美、英、欧等多国审批?

  我们知道芯片有两种架构,即:CISC(复杂指令集)和RISC(精简指令集)。

  这两种架构都试图在功耗、运行、编译、算法等方面做出平衡,以达到高效节能的目的,但是由于设计理念和方法的不同,最终形成了很大的差异。

  英特尔x86架构采用CISC(复杂指令集),ARM采用RISC(精简指令集)。

  在PC盛行的时代,英特尔凭借CISC架构击败了ARM公司,成为当之无愧的PC芯片霸主。但是ARM公司并没有因此而颓废,反而在移动设备中大放异彩,手机、相机、音响、电动机、硬盘、电信基站等都能发现ARM的身影。

  英特尔的CISC架构以性能为目的,逐步增加了指令集的复杂度,代价就是功耗越来越大,设计难度也越拉越大,无法适应移动设备。

  ARM的RISC架构则不同,采用了简单的架构,让整个芯片拥有了更小的体积、更少的指令,因此其功耗也就更低,但同时还保留了必要的高性能。此外,ARM的架构更容易高密度整合,例如我们现在使用的手机芯片就是将CPU、GPU、NPU、基带整合在了一起。

  ARM的除了拥有近乎完美的架构设计外,其并不参与芯片的整体设计、制造、封装等环节,也因此它很少有竞争对手。于是三星、高通、联发科、华为、德州仪器等芯片大厂纷纷与其合作,最终将ARM推上了神坛。

  ARM架构整体的优点主要在以下几点:

  低功耗,电池耗电量少,这一点是毫无疑问的;

  稳定性高,功耗越高的电子元器件要求也就越高,同等品质的元件低功耗的使用时间越长,系统也更稳定;

  发热更低,低功耗产生的热量自然更加少,在相同的散热条件下,自然是发热更低了;

  软件开发成本低,ARM的精简指令集可以有效降低软件开发成本,用C或JAVA编写的软件只需在ARM平台的操作系统中编译一下就可以移植过去;

  硬件开发成本低,ARM实际上在CPU芯片中已经整合了几乎所有功能,几乎所有线路按原理图直接拉出就可以了,需要扩展的部分一般不多,所以其开发成本会比较低;

  ARM实际上在CPU芯片中已经整合了几乎所有功能,几乎所有线路按原理图直接拉出就可以了,需要扩展的部分一般不多,所以其开发成本会比较低

  整体来看,ARM的产品在功耗和硬件上具有很大的优势,性能也足够使用,并且非常适合应用在移动设备上,这也是ARM能够风靡全球的重要原因。

  华为的达芬奇架构

  最开始华为的手机芯片采用的是中科寒武纪的NPU,但华为似乎对寒武纪的NPU并不是太感冒,从华为发布会就可以感受到,华为多次提到HiAI的功效,却刻意弱化“寒武纪”,甚至在发布会上直接说是华为NPU,就连PPT也是kirin NPU。我想寒武纪也不会满意华为的做法吧!

  之后,寒武纪在NPU的设计理念、架构等方面与华为不合,而华为又是一家以狼性著称的企业,忧患意识非常的强,不可能把自己的命脉交给别人,于是很快就开始自研NPU了,(或许更早)。

  2019年6月,华为发布麒麟810,这款处理器不再使用寒武纪的NPU,首次采用了华为自研的达芬奇架构NPU,实现了世界级领先的AI算力,同时也将搭载麒麟810的华为手机带进了TOP3。那么,华为自研的达芬奇架构究竟如何呢?

  随着AI时代的来临,各大巨头纷纷布局,华为也不例外。根据华为的预测,2025年,全球将有400亿台智能终端,智能助理的普及率将达到90%,企业数据的使用率将达到86%。为了享受这一盛宴,华为集中精力开发了达芬奇架构。

  用徐直军的话说:“构建新架构来支持人工智能芯片,是因为这是基于华为对人工智能的理解,基于端管云对对人工智能的需求自然产生的。”

  达芬奇架构主要是把计算乘加器(MAC)按照不同类型的计算,组织成不同的计算方式,并搭配对应的数据缓存。

  严格意义的来讲,华为达芬奇更像是GPU架构,而非CPU架构,因为它采用了部分ARM架构,同时以外围张量运算加速,这种方式都是优化AI智能计算。

  但GPU并非专门为AI计算设计的,因此在神经网络推理上达芬奇架构更具优势。

  达芬奇架构的优势:

  专门针对AI计算开发的,具有高算力、高能效、灵活可裁剪的特性;

  采用3D Cube针对矩阵运算做加速,大幅提升单位功耗下的AI算力;

  单个AI Core可以在一个时钟周期内实现4096个MAC操作,比传统的CPU和GPU实现数量级的提升;

  华为达芬奇架构可以说是华为的一个小型的“黑科技”,还是不能够和ARM架构相提并论的。

  达芬奇架构和ARM架构有什么区别?

  首先明确一点,华为的达芬奇架构与ARM架构有着本质的区别。

  华为麒麟芯片的核心采用了ARM 76架构,一切CPU、GPU、NPU都要在这个架构的基础上进行“魔改”,包括达芬奇架构。

  达芬奇架构只是NPU架构,而ARM架构包含了CPU、GPU、NPU等等。一款芯片最重要的是CPU、其次是GPU、最后是NPU。你研发出了NPU架构,但是距离GPU、CPU还有很远。

  号称“魔改”第一人的就是美国高通,高通处理器的架构是自主研发的Kryo架构,但是这也是根据ARM76魔改的,那华为的达芬奇呢?也一样是建立在ARM架构基础上的。如果没有ARM,也就没有高通骁龙,同样没有华为达芬奇。

  正因如此,华为如果不想一直受制于人,就要开发属于自己的架构,并且把它做大做强。

  华为研发达芬奇架构,尽管现在来看没有太多的黑科技,但是在未来一定会越来越好,越来越强大,甚至有可能和ARM架构平起平坐。

  华为的架构需要分两步走才能实现与ARM平起平坐。

  第一步:在ARM v8架构基础上进行研发,对该架构独立完成升级工作。

  ARM遍布手机、移动设备,很多AI芯片架构也是ARM结合的,在这种情况下,直接单独开发一个架构,即便性能不错,也不会有哪个大厂会使用的,因为生态问题。

  其次,公版制造进度更快,更能搭载在新款手机上,更快地抢占手机市场。

  最后,使用公版可以减少核心搭配、总线设计等电路布局,也不用担心“误操作”影响整个处理器,甚至影响整批手机。

  第二步:完全丢弃ARM架构,研发出自己的芯片架构。

  华为为什么一定要自研芯片架构呢?因为随着美国对华为持续的打压,ARM已经宣布同华为中断合作,预计下一代ARM架构v9将和华为无缘。

  尽管现在华为已经购买了ARM v8永久地使用权,影响较小。但当大家都使用了v9架构时,你再拿着v8继续玩,恐怕消费者都不愿买账了。

  此外,看看研发能力强大的苹果,自主研发的A系列芯片,真的是所向无敌,4+64G可以吊打安卓8+128G,那么同样实力非凡的华为呢?会不会也能做到呢?

  问答总结

  华为自研的达芬奇架构和ARM架构的区别主要在以下几点:

  华为达芬奇架构是NPU架构,ARM架构是CPU、GPU架构;

  达芬奇架构是建立在ARM架构基础上的,没有ARM,达芬奇就如同大树失去了土壤;

  (达芬奇)NPU架构研发简单,而(ARM)CPU架构难度很大;

  ARM架构广泛应用在各大品牌智能手机、移动设备上,达芬奇架构只应用在华为自己的手机上,生态系统不是一个级别的。

  我是科技铭程,以上是我的回答,希望可以帮到您,如有不妥之处,敬请批评指正!

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