ARM 和 x86 之间的区别
比较 ARM 和 x86 架构
探索 ARM 和 x86 架构之间的主要区别。
在 ARM 和 x86 之间进行选择时，了解它们的区别很有帮助。ARM 处理器采用 RISC 设计，注重节能和简洁。这使得它们在手机和小型设备上广受欢迎。相比之下，x86 处理器采用 CISC 设计，性能强劲，在台式机和服务器中很常见。
- 1、2024年，x86处理器占据97.5%的x86市场，在传统计算机领域展现强势。
- 2. ARM 的节能设计越来越受欢迎， 预计 2025 年其在 Windows 设备中的份额将超过 20% ，2029 年将超过 40%。
ARM 处理器在很多情况下比 x86 CPU 更省电，尤其是在核心数一定的情况下。这使得 ARM 非常适合依靠电池供电的设备，而 x86 则更适合处理繁重的计算任务。
关键要点
- • ARM 处理器功耗更低，因此非常适合手机和智能设备。
- • x86 处理器功能强大，可与许多程序良好配合，最适合计算机和快速机器。
- • 了解 ARM 和 x86 的区别有助于您根据自己的需求（例如节省电力或需要速度）选择合适的方案。
- • ARM 越来越受欢迎，尤其是在 Windows 设备中，显示出向节能技术的转变。
- • ARM 和 x86 各有优缺点，因此在选择之前请先考虑一下您需要它们做什么。
ARM 与 x86：架构概述
ARM架构：简单高效
ARM 采用 RISC 模型，简洁节能。它使用更少、更简单的指令运行，有助于快速完成任务并降低功耗。这种设计非常适合注重电池续航的手机和物联网设备。
ARM架构的主要特点是：
- • 能源效率：ARM 芯片耗电量更低，非常适合便携式设备。
- • 小型设计：更少的指令意味着更简单的硬件和更小的芯片。
- • 可扩展性：ARM 芯片可在微型设备或强大的计算机中工作。
x86 架构：复杂且灵活
x86 采用 CISC 模型，可以处理许多 复杂指令。这使得它可以一步完成更多任务，从而减少总体步骤数。在台式机、笔记本电脑和服务器中，性能和兼容性至关重要，而 x86 正是其中的典型代表。
x86架构的主要特点是：
- • 高性能：复杂的指令可增强完成艰巨任务的能力。
- • 灵活性：x86 芯片可处理游戏、商业等。
- • 软件兼容性：许多程序和系统可以与 x86 良好兼容。
ARM 和 x86 之间的关键设计差异
ARM 和 x86 在设计和使用上有很大不同。以下是一些比较来解释：
ARM 注重节能，而 x86 则注重功耗。新技术使它们的性能更加接近。两者的设计针对不同的工作和需求。
ARM 与 x86：性能比较
处理能力和速度
ARM 和 x86 处理器各有优势。ARM 注重节能，同时保持高速运行。这使得它非常适合需要稳定速度且功耗较低的任务。例如，像 Graviton3这样的 ARM 芯片 比 x86 芯片便宜 40%，速度也更快。在某些情况下，ARM 在浮点任务中的速度也是 x86 的两倍。
然而，x86 处理器追求的是纯粹的计算能力。其复杂的设计（CISC）使其能够以更少的步骤处理棘手的任务。这使得 x86 成为需要大量计算能力的作业的理想之选。虽然 ARM 在某些任务上的性能要好 15-20%，但 x86 仍然是处理重负载的理想之选。
多任务和并行
ARM 和 x86 处理多任务的方式不同。ARM 的简洁设计使其能够高效地同时处理多个任务。这对于机器学习非常有用，ARM 的性能比 x86 高出三倍。ARM 能够同时执行多个任务，这使得它非常适合物联网和边缘计算。
x86 处理器凭借其复杂的设计，在多任务处理方面也表现出色。它们拥有 AVX 和 SSE 等特殊功能，可以提升内存密集型任务的处理速度。虽然 ARM 在内存任务方面的表现略胜一筹，但 x86 的特殊工具往往能使其更具优势。这使得 x86 成为多任务处理至关重要的台式机和服务器的首选。
真实世界的性能场景
ARM 和 x86 的性能因任务而异。ARM 在机器学习方面表现更佳，处理能力是 x86 的三倍。此外，ARM 的内存带宽也高出 50%，非常适合处理数据密集型任务。这些优势也体现了 ARM 在移动和物联网设备领域蓬勃发展的原因。
然而，x86 更适合传统计算。它能够与旧版软件完美兼容，并轻松处理复杂任务。例如，x86 专为 CPU 密集型任务构建，可提供稳定而强大的性能。其强大功能和灵活性使其在高性能计算领域占据重要地位。
ARM 与 x86：功率效率
ARM 芯片的能耗
ARM 芯片的设计旨在节省电量。这使得它们非常适合需要长电池续航时间的设备。它们采用 DVFS 等技术，可以根据任务改变电压和速度。这有助于在不需要时节省电量。例如， ARM Cortex-M 芯片 在睡眠模式下功耗极低。搭载这些芯片的设备无需充电即可长时间使用。
测试表明，像Odroid XU4 和 Rock960 这样的基于 ARM 的系统 功耗稳定。Nezha D1 总体功耗更高，因为它运行速度较慢，但功耗保持稳定。这些测试证明 ARM 芯片在速度和功耗之间取得了良好的平衡。因此，它们非常适合移动和物联网设备。
x86芯片的热量输出
x86 芯片性能强劲，但产生的热量也更多。其复杂的设计需要更强的散热能力，尤其是在台式机和服务器上。额外的热量源于它们对速度和多任务处理的追求。
例如，x86 芯片非常适合处理高难度任务，但功耗更高。这会产生更多热量，如果散热不当，可能会损坏系统。新款 x86 芯片节能效果更佳，但在低能耗任务中仍然比 ARM 芯片耗电更多。
为什么 ARM 最适合移动和物联网
ARM 芯片是移动和物联网设备的首选。它们比其他芯片更节能。ARM Cortex-M 芯片的设计目标是功耗极低，同时运行速度极快。
在手机中，ARM 芯片即使在任务变化的情况下也能保持功耗稳定。例如，某些设备在高达 40 毫米/秒的皮带速度下功耗约为 19 瓦 。这种稳定的功耗意味着更长的电池寿命，这对于移动设备至关重要。ARM 芯片性能强劲，同时节能，使其成为便携式和联网设备的理想选择。
ARM 与 x86：兼容性和软件生态系统
基于 ARM 的系统的软件支持
ARM 系统在软件支持方面发展迅速。它们在移动设备和物联网设备中广受欢迎。许多操作系统，例如 Android 和 Ubuntu，都能与 ARM 处理器良好兼容。这使得 ARM 成为移动应用开发者的理想选择。
科学计算工具也开始支持 ARM。ExaStar 和 LAMMPS等程序使用 OpenACC 和 MPI 等并行编程模型。这些模型有助于提升 ARM 硬件的 性能。下表列出了一些支持 ARM 的科学计算应用程序：
然而， ARM 在处理旧软件方面遇到了困难。许多为 x86 开发的老程序需要模拟才能在 ARM 上运行。这会降低它们的运行速度，并增加使用成本。
基于 x86 的系统的软件支持
x86 系统历史悠久，支持软件种类繁多。大多数商业应用、游戏和老程序都是为 x86 开发的。这使得 x86 成为传统计算机的最佳选择。
Windows 和 Red Hat Enterprise Linux 等操作系统与 x86 架构完美兼容。它们能够处理高性能计算 (HPC) 和云服务等棘手任务。
跨平台兼容性的挑战
让 ARM 和 x86 协同工作并非易事。在 ARM 上运行 x86 应用需要模拟。这会降低运行速度并增加成本。例如：
- 1. ARM 比 x86 便宜约 10%，但并未完全优化。
- 2. 编码任务在 ARM 上比在 x86 上花费的时间更长。
- 3. 与 x86 相比，ARM 消耗的能量较少，但原始功率较弱。
x86 系统很少运行 ARM 应用，这使得跨平台工作更加困难。Linux 正在改进其对 ARM 的支持，但 Windows 在 x86 上仍然运行得更好。这些差异意味着，在为项目选择 ARM 还是 x86 时，您需要仔细规划。
ARM 与 x86：用例
ARM 在移动设备、物联网和边缘计算中的应用
ARM 处理器广泛应用于手机、物联网和边缘计算领域。它们节能且体积小巧，非常适合这些用途。这些芯片非常适合低功耗和低发热量的应用。例如，5G 网络和物联网设备通常使用 ARM 处理器。它们能够高效处理 AI 和边缘计算任务，非常适合现代科技。
在云系统中，像 AWS Graviton2这样的 ARM 芯片 可以节省成本。它们的 成本比 x86 低约 24% ，但性能却相近。更快的 SSVM 冷启动速度也使 ARM 成为微服务和轻量级任务的理想选择。这种成本节约和速度兼具的优势使 ARM 在云计算领域广受欢迎。
台式机、笔记本电脑和高性能服务器中的 x86
x86 处理器是台式机、笔记本电脑和强大服务器的关键。其复杂的设计支持众多程序，使其灵活多变。无论是游戏、视频编辑还是运行商务应用程序，x86 都能提供强大的性能。
测试表明，x86 更适合数据分析和视频渲染等任务。例如，x86 在 GeekBench 单核测试中得分更高，非常适合游戏和老款应用。它与 Windows 等系统的兼容性确保了其在传统电脑上的流畅使用。
ARM 和 x86 的新兴用例
随着技术变革，ARM 和 x86 正在找到新的用途。ARM 在 PC 和服务器中变得越来越普遍。 微软正在改进 ARM 应用 和 Windows 11 Arm64，这表明微软正在向 ARM 系统转型。
人工智能也在塑造它们的未来。ARM 的节能设计与物联网设备中的人工智能完美契合。同时，x86 为数据中心的大型人工智能模型提供支持。开发人员更多地使用人工智能工具，从而提升了 ARM 和 x86 的潜力。
ARM 在功耗和性能方面不断提升，使其在更多行业中更具应用价值。同时，x86 强大的生态系统使其在高性能计算和业务需求方面保持重要地位。
ARM 与 x86：未来趋势
ARM 在 PC 和服务器中的应用日益广泛
ARM 处理器在 x86 曾经占据优势的领域正变得越来越普遍。这是因为 ARM 更节能，并且在处理棘手任务方面也越来越出色。云计算公司青睐 ARM 芯片，因为它们在降低能耗的同时，性能依然出色。
ARM 生态系统正在快速发展。越来越多的公司正在使用基于 ARM 的技术，这使得其更容易被采用。针对特定行业的定制 ARM 芯片也助推了其普及。人工智能和边缘计算等新技术与 ARM 的设计完美契合，这对于未来的计算至关重要。
x86 在高性能计算中的作用
即使 ARM 崛起，x86 仍然是高性能计算 (HPC) 的关键。它的设计非常适合需要大量计算能力和老旧软件的任务。例如， 预计 到 2030 年，HPC 市场将大幅增长，这充分表明了 x86 的重要性。
SPEChpc 2021 等测试表明，x86 能够出色地处理高难度任务。这使得它成为台式机、工作站和大型服务器的首选。无论是运行模拟还是管理数据库，x86 都能提供执行这些任务所需的强大功能和灵活性。
ARM 和 x86 的变化和预测
ARM 与 x86 之间的竞争正在改变科技界。ARM 芯片开始 在高性能计算 (HPC) 和人工智能等领域 与 x86 展开竞争。ARM 的节能设计 使其非常适合数据中心，而 x86 在传统计算领域依然保持强劲。
RISC-V 等新选项也正在涌现。RISC-V 因其可定制性和价格实惠而广受欢迎。它为多种用途提供了灵活的解决方案。
随着技术变革，ARM 很可能在 PC 和服务器领域获得进一步发展。与此同时，x86 仍将在高功耗和老旧系统中保持强劲势头。ARM 和 x86 的崛起体现了人们对高效灵活计算的追求。
ARM 和 x86 各有优势，可满足不同的需求。ARM 非常适合手机和物联网，因为它功耗更低、成本更低、散热性能更佳。 而 x86 则更适合游戏和模拟等高难度任务，因为它拥有强大的软件支持和高性能。
未来，ARM 将在 PC 和服务器领域得到更广泛的应用，因为它节能且适应性强。与此同时，x86 也在不断改进，在桌面系统和特殊任务方面仍然至关重要。选择哪一种架构取决于您更看重什么：节能还是获得最佳性能。
常问问题
1. ARM 还是 x86 哪种架构更适合游戏？
x86 是游戏的首选。它能很好地兼容大多数游戏，并且性能强劲。ARM 正在改进，但目前对游戏的支持还不够。
2. 为什么ARM比x86更节能？
ARM 采用简单的 RISC 设计。它处理的指令更少，功耗更低，产生的热量也更少。这使其非常适合移动设备和物联网设备。
3. x86软件可以在ARM处理器上运行吗？
是的，但需要模拟。模拟会降低速度，可能无法完美运行。ARM 软件运行速度更快，功耗更低。
4. ARM 在高性能计算领域是否赶超 x86？
是的，ARM 在高性能计算方面正在进步。它更节能，而且性能越来越强大，尤其是在云计算和 AI 任务方面。
5. 物联网设备应该选择哪种架构？
ARM 最适合物联网设备。它功耗更低、体积小，并且能够很好地处理边缘计算，非常适合联网设备。