PowerPC與X86和ARM處理器通用架構(gòu)有什么區(qū)別

在嵌入式領(lǐng)域，存在著三種處理器通用的架構(gòu)，PowerPC、X86、ARM，本文將對(duì)這三種架構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析。

PowerPC的由來(lái)

1975 年, IMB 公司801 小型計(jì)算機(jī)工程在RISC機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面做了許多開(kāi)創(chuàng)性試驗(yàn)。801 計(jì)算機(jī)與貝克萊大學(xué)的RISC處理器引起了RISC機(jī)革新運(yùn)動(dòng), 然而801 計(jì)算機(jī)僅僅是一個(gè)用來(lái)演示某種概念的原型機(jī)。

801 工程的成功致使IBM 公司開(kāi)發(fā)一種商業(yè)的RISC工作站產(chǎn)品, 這就是RT PC。RT PC 于1986 年誕生, 它采用了801 的體系結(jié)構(gòu)概念, 成為一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品。RT PC未獲得商業(yè)成功, 它有許多性能相當(dāng)或更好的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品。1990 年IBM 公司在總結(jié)了801 和RT PC 兩產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)了第3 個(gè)產(chǎn)品即IBM RISC SYSTEM/6000 。它是一個(gè)類(lèi)似RISC 的超標(biāo)量計(jì)算機(jī), 市場(chǎng)定位是高性能工作站。此產(chǎn)品推介后不久, IBM公司開(kāi)始把這種計(jì)算機(jī)稱(chēng)為Power 結(jié)構(gòu)。

1991年，IBM 公司與MOTOROLA 公司(摩托羅拉公司，6800 系列微處理器開(kāi)發(fā)商)、蘋(píng)果公司(該公司將MOTOROLA 芯片裝入Macintosh 計(jì)算機(jī))結(jié)成聯(lián)盟, 出產(chǎn)了一系列用PowerPC結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的系列計(jì)算機(jī), 以爭(zhēng)抗x86 處理器所占有的壓倒優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)。這種結(jié)構(gòu)源于Power 結(jié)構(gòu), 并做了改動(dòng)(包括消除故障, 增加原先缺少的關(guān)鍵技術(shù)特色, 去除某些指令, 放寬技術(shù)條件), 從而實(shí)現(xiàn)了更高的執(zhí)行效率。到1995年初,PowerPC系更機(jī)有四個(gè)產(chǎn)品先后問(wèn)世。

601 第1 個(gè)PowerPC產(chǎn)品。它的目標(biāo)是讓PowerPC結(jié)構(gòu)盡快地占領(lǐng)市場(chǎng), 601 是32 位計(jì)算機(jī)。其時(shí)鐘速度可達(dá)80MHz , 每個(gè)時(shí)鐘周期可執(zhí)行3 條指令。

603 設(shè)計(jì)目標(biāo)是低端臺(tái)式機(jī), 便攜機(jī)和膝上機(jī), 它也是32 計(jì)算機(jī), 性能與601 相當(dāng), 但價(jià)格低并且執(zhí)行效率更高。它的時(shí)鐘速度為80MHz, 每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行兩條指令, 適用于低能耗要求的計(jì)算機(jī)。604設(shè)計(jì)目標(biāo)是臺(tái)式計(jì)算機(jī)和低端服務(wù)器, 也是32 位計(jì)算機(jī), 但是604 使用了更先進(jìn)的超標(biāo)量設(shè)計(jì)技術(shù), 以獲取更高的性能。604 的時(shí)鐘速度為100MHz , 每個(gè)時(shí)鐘周期可執(zhí)行4 條指令。

620 設(shè)計(jì)目標(biāo)是高端服務(wù)器。PowerPC 系列機(jī)中的第1 個(gè)使用全64位結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品, 它包含64位寄存器和64位數(shù)據(jù)通路。

PowerPC是三家公司聯(lián)盟推出的系列微處理器產(chǎn)品。盡管PowerPC產(chǎn)品都具有基本一致的體系結(jié)構(gòu), 但是具體規(guī)格型號(hào)卻與制造公司有關(guān), 由制造公司決定。一般而言, IMB 公司生產(chǎn)的PowerPC 芯片有PPC的簡(jiǎn)稱(chēng), MOTOROLA 公司生產(chǎn)的PowerPC 芯片有MPC的簡(jiǎn)稱(chēng)。例如Motorola MPC620 時(shí)鐘速度為125MHz , 每個(gè)時(shí)鐘周期可執(zhí)行4 條指令, 它是第一個(gè)采用真正64位地址總線的PowerPC微處理器, 性能指標(biāo)大大優(yōu)于同時(shí)期的Pentium芯片。

微處理器市場(chǎng)中PowerPC的地位

從最早的PowerPC601 產(chǎn)品誕生起, PowerPC 在市場(chǎng)上就一直處于激烈的競(jìng)爭(zhēng)之中。1994 年是PowerPC和Pentium的決戰(zhàn)年。從技術(shù)性能指標(biāo)上看,PowerPC 和Pentium各有千秋, PowerPC的性能價(jià)格比甚至比Pentuim 高出80 %。這兩個(gè)芯片的制造商都為自己的產(chǎn)品投入了大量的資金進(jìn)行廣告宣傳, 進(jìn)行激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。這場(chǎng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不僅僅是Power-PC和Pentium 的競(jìng)爭(zhēng),也是它們所代表的當(dāng)時(shí)RISC技術(shù)和CISC 技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng), 以及這兩大產(chǎn)品生產(chǎn)集團(tuán)WINTEL 和AIM 的競(jìng)爭(zhēng)。

在1994 年大搏斗中,Pentium芯片占了上風(fēng), 在隨后的幾年里越發(fā)風(fēng)光一時(shí),到目前為止已成為世界微處理器市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。現(xiàn)在, 在Pentium 芯片或X86 芯片的周?chē)? 全球有幾千家廠家為其開(kāi)發(fā)配套硬件、軟件和提供服務(wù)。相反, 盡管近幾年來(lái)PowerPC 也獲得了一定的市場(chǎng)份額, 大約每年占百分之十幾, 但是圍繞PowerPC 開(kāi)發(fā)硬軟件的公司只有幾百家, 市場(chǎng)占有率始終沒(méi)有明顯的增長(zhǎng)。

AIM聯(lián)盟對(duì)自己的PowerPC 產(chǎn)品的態(tài)度也幾經(jīng)曲折, 從92 年滿(mǎn)懷信心到96 年失望動(dòng)搖,97 年以后到現(xiàn)在又重建信心繼續(xù)投入研發(fā)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

分析近年來(lái)PowerPC 的市場(chǎng)表現(xiàn), 我們可以得出以下幾個(gè)觀點(diǎn)。

1.保護(hù)用戶(hù)原先在硬件和軟件上的投資是處理器開(kāi)發(fā)重中之重。眾所周知, Pentium 是向下兼容處理芯片, 用戶(hù)在8088 , 8086 , 80286, 80386, 80486微處理器芯片上所做的投資都能得到保持。在這方面Pentium占據(jù)上風(fēng), 它留住了大量的X86產(chǎn)品的老用戶(hù)。而PowerPC 是相對(duì)獨(dú)立的微處理器芯片, 如果用戶(hù)買(mǎi)了基于PowerPC 的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品, 那么這些用戶(hù)原先在計(jì)算機(jī)軟件硬件方面的投資就難于保持, 這是PowerPC參與微處理器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的薄弱環(huán)節(jié)。

2.對(duì)于一個(gè)新體系結(jié)構(gòu)的微處理器, 如果沒(méi)有強(qiáng)有力的軟件開(kāi)發(fā)力量做后盾, 就很難引起用戶(hù)的興趣, 建立起使用信心。Pentium 新芯片的每一次推出都有Microsoft 公司的軟件開(kāi)發(fā)支持。而AIM 聯(lián)盟在PowerPC芯片上投入的軟件開(kāi)發(fā)力量有限, 許多軟件尤其是Windows95/98 和Windows NT 環(huán)境下的軟件在PowerPC硬件環(huán)境下不能運(yùn)行, 這使得Power-PC失去了相當(dāng)大的市場(chǎng)份額。

3.從技術(shù)上講, PowerPC所代表的RISC技術(shù)還沒(méi)有取得剛出現(xiàn)時(shí)人們所期待的那樣大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。1994 年P(guān)owerPC剛進(jìn)入市場(chǎng)時(shí), 它帶著人們對(duì)RISC技術(shù)優(yōu)勢(shì)巨大期望的光環(huán)。然而, 這四五年來(lái), Pentium芯片一次又一次地大量集成復(fù)雜指令并且獲得市場(chǎng)認(rèn)同致使人們對(duì)RISC 技術(shù)的重要性產(chǎn)生了動(dòng)搖。雖然Pentium 也帶有RISC 指令, 但本質(zhì)上講它是CISC型處理器。Pentium 的市場(chǎng)成功向人們表明CISC處理器仍然具有強(qiáng)大的生命力。

九十年代的的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著發(fā)展動(dòng)向是CISC與RISC共存并且相互滲透。我們注意到在新型號(hào)PowerPC芯片中也集成了復(fù)雜指令。例如1998 年Motorola 公司為PowerPC 開(kāi)發(fā)了一種所謂的“AltiVec”新技術(shù), 不僅增加了MMX多媒體指令集, 而且包括了聯(lián)網(wǎng)和電話(huà)功能?，F(xiàn)在這一技術(shù)已得到Apple和IBM 的支持?！癆ltiVec”的出現(xiàn)標(biāo)志著在技術(shù)進(jìn)步方面PowerPC 緊追Pentium 不舍,兩個(gè)處理器的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)與市場(chǎng)角逐在更高層次上繼續(xù)展開(kāi)。

X86架構(gòu)的由來(lái)

1978年6月8日，Intel發(fā)布了新款16位微處理器8086，同時(shí)也開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新時(shí)代：X86架構(gòu)誕生了。X86指的是特定微處理器執(zhí)行的一些計(jì)算機(jī)語(yǔ)言指令集，定義了芯片的基本使用規(guī)則，一如今天的X64、IA64等。

事實(shí)上，8086處理器發(fā)布之初并沒(méi)有獲得太多的關(guān)注，開(kāi)始也沒(méi)有被大范圍采用，但它在PC業(yè)界的地位怎么形容都不為過(guò)，這就是因?yàn)樗鼛?lái)了X86。它不僅成就了Intel如日中天的地位，也成為了一種業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，即使在當(dāng)今強(qiáng)大的多核心處理器上也能看到X86的身影。

在30年的發(fā)展當(dāng)中，X86家族不斷壯大，從桌面轉(zhuǎn)戰(zhàn)筆記本、服務(wù)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)、編寫(xiě)設(shè)備，期間還挫敗或者限制了很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的發(fā)展，讓不少處理器廠商及其架構(gòu)技術(shù)成為歷史名字，即使有些封閉發(fā)展的也難以為繼，比如蘋(píng)果就已經(jīng)放棄了PowerPC.

當(dāng)然，我們不能忘了X86-64和EM64T的斗爭(zhēng)。2003年，AMD推出了業(yè)界首款64位處理器Athlon64，也帶來(lái)了X86-64,即X86指令集的64位擴(kuò)展超集，具備向下兼容的特點(diǎn)。當(dāng)時(shí)Intel也在推行64位技術(shù)，但是其IA64架構(gòu)并不兼容X86，只是用在服務(wù)器Itanim上。為了和AMD展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，Intel也在2004年推出了自己的64位版X86，也就是EM64T。這其實(shí)也證明，X86指令集的彈性完全可以拿來(lái)對(duì)付Intel，所以即使Intel統(tǒng)治了整個(gè)市場(chǎng)，其它公司依然可以改變X86的發(fā)展方向。

X86是一個(gè)intel通用計(jì)算機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)縮寫(xiě)，也標(biāo)識(shí)一套通用的計(jì)算機(jī)指令集合，X與處理器沒(méi)有任何關(guān)系，它是一個(gè)對(duì)所有*86系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的通配符定義，例如：i386、586，奔騰。由于早期intel的CPU編號(hào)都是如8086，80286來(lái)編號(hào)，由于這整個(gè)系列的CPU都是指令兼容的，所以都用X86來(lái)標(biāo)識(shí)所使用的指令集，如今的奔騰，P2、P4，賽揚(yáng)系列都是支持X86指令系統(tǒng)的，所以都屬于X86家族。

X86架構(gòu)展望

英特爾推出X86架構(gòu)已滿(mǎn)30年了，同486相比，Pentium向前邁進(jìn)了一大步， 而PⅡ的前進(jìn)步伐則沒(méi)有這么大了，X86 CPU的發(fā)展似乎已到了盡頭。英特爾非常清楚，是X86指令集限制了CPU性能的進(jìn)一步提高，因此，他們正同惠普共同努力開(kāi)發(fā)下一代指令集架構(gòu)（Instruction Set Architecture ，ISA) : EPIC (Explicitly Parallel InstructionComputing，顯性并行指令計(jì)算)。對(duì)英特爾而言， IA－64（英特爾的64位架構(gòu)）是下一個(gè)10到15年的架構(gòu)。新的ISA將使英特爾擺脫X86架構(gòu)的限制，從而設(shè)計(jì)出超越所有現(xiàn)有RISC CPU和X86 CPU的新型處理器。

那么EPIC的先進(jìn)之處在什么地方呢？為什么英特爾會(huì)放棄使它成為芯片巨人的X86架構(gòu)呢？

IA－32的問(wèn)題我們知道，工程師可以通過(guò)提高每個(gè)時(shí)鐘的指令執(zhí)行數(shù)來(lái)提高性能，英特爾新的指令集的首要目的在于，讓指令更容易解碼，更容易并行執(zhí)行。這樣就可以不受限制地開(kāi)發(fā)新型處理器。但是，對(duì)工程師而言，兼容8086的X86指令集一直是必須完成的任務(wù)。畢竟，兼容前代產(chǎn)品是使英特爾成長(zhǎng)壯大起來(lái)的關(guān)鍵因素，而且還可以保護(hù)用戶(hù)原先的投資和使用數(shù)以百萬(wàn)計(jì)應(yīng)用軟件。

既然如此，為什么又要放棄整個(gè)X86指令集重新開(kāi)始呢？X86的不足在什么地方？

1、可變的指令長(zhǎng)度X86指令的長(zhǎng)度是不定的，而且有幾種不同的格式，結(jié)果造成X86 CPU的解碼工作非常復(fù)雜，為了提高CPU的工作頻率，不得不延長(zhǎng)CPU中的流水線，而過(guò)長(zhǎng)的流水線在分支預(yù)測(cè)出錯(cuò)的情況下，又會(huì)帶來(lái)CPU工作停滯時(shí)間較長(zhǎng)的弊端。

2、寄存器的貧乏 X86指令集架構(gòu)只有8個(gè)通用寄存器，而且實(shí)際只能使用6個(gè)。這種情況同現(xiàn)代的超標(biāo)量CPU極不適應(yīng)，雖然工程師們采用寄存器重命名的技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，但造成了CPU過(guò)于復(fù)雜，流水線過(guò)長(zhǎng)的局面。

3、內(nèi)存訪問(wèn) X86指令可訪問(wèn)內(nèi)存地址，而現(xiàn)代RISC CPU則使用LOAD/STORE模式，只有LOAD和STORE指令才能從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)到寄存器，所有其他指令只對(duì)寄存器中的操作數(shù)計(jì)算。在CPU的速度是內(nèi)存速度的5倍或5倍以上的情況下，后一種工作模式才是正途。

4、浮點(diǎn)堆棧 X87 FPU是目前最慢的FPU，主要的原因之一就在于X87指令使用一個(gè)操作數(shù)堆棧。如果沒(méi)有足夠多的寄存器進(jìn)行計(jì)算，你就不得不使用堆棧來(lái)存放數(shù)據(jù)，這會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)使用FXCH指令（即把正確的數(shù)據(jù)放到堆棧的頂部）。

5、4GB限制 這似乎不是問(wèn)題，但是，在2000年前，主流PC只有4MB內(nèi)存，現(xiàn)在絕大部分PC裝備了2G以上的內(nèi)存，是以前的512倍，所以，PC內(nèi)存突破16GB絕對(duì)不會(huì)令人驚訝，大型服務(wù)器已經(jīng)使用了32GB以上的內(nèi)存，突破64GB內(nèi)存的情況已經(jīng)出現(xiàn)。

6、芯片變大所有用于提高X86 CPU性能的方法，如寄存器重命名、巨大的緩沖器、亂序執(zhí)行、分支預(yù)測(cè)、X86指令轉(zhuǎn)化等等，都使CPU的芯片面積變得更大，也限制了工作頻率的進(jìn)一步提高，而額外集成的這些晶體管都只是為了解決X86指令的問(wèn)題

ARM的由來(lái)

1978年12月5日，物理學(xué)家赫爾曼·豪澤（HermannHauser）和工程師Chris Curry，在英國(guó)劍橋創(chuàng)辦了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要業(yè)務(wù)是為當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)供應(yīng)電子設(shè)備。1979年，CPU公司改名為Acorn公司。

起初，Acorn公司打算使用摩托羅拉公司的16位芯片，但是發(fā)現(xiàn)這種芯片太慢也太貴。"一臺(tái)售價(jià)500英鎊的機(jī)器，不可能使用價(jià)格100英鎊的CPU！"他們轉(zhuǎn)而向Intel公司索要80286芯片的設(shè)計(jì)資料，但是遭到拒絕，于是被迫自行研發(fā)。

1985年，RogerWilson和Steve Furber設(shè)計(jì)了他們自己的第一代32位、6M Hz的處理器，Roger Wilson和Steve Furber 用它做出了一臺(tái)RISC指令集的計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)ARM（Acorn RISC Machine）。這就是ARM這個(gè)名字的由來(lái)。

RISC的全稱(chēng)是"精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)"（reduced instruction set computer），它支持的指令比較簡(jiǎn)單，所以功耗小、價(jià)格便宜，特別適合移動(dòng)設(shè)備。早期使用ARM芯片的典型設(shè)備，就是蘋(píng)果公司的牛頓PDA。

20世紀(jì)80年代后期，ARM很快開(kāi)發(fā)成Acorn的臺(tái)式機(jī)產(chǎn)品，形成英國(guó)的計(jì)算機(jī)教育基礎(chǔ)。

1990年11月27日，Acorn公司正式改組為ARM計(jì)算機(jī)公司。蘋(píng)果公司出資150萬(wàn)英鎊，芯片廠商VLSI出資25萬(wàn)英鎊，Acorn本身則以150萬(wàn)英鎊的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和12名工程師入股。公司的辦公地點(diǎn)非常簡(jiǎn)陋，就是一個(gè)谷倉(cāng)。

20世紀(jì)90年代，ARM 32位嵌入式RISC(Reduced lnstruction SetComputer)處理器擴(kuò)展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷(xiāo)售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。

ARM的前景

微軟公司（2011年）宣布，下一版Windows將正式支持ARM處理器。這是計(jì)算機(jī)工業(yè)arm處理器發(fā)展歷史上的一件大事，標(biāo)識(shí)著x86處理器的主導(dǎo)地位發(fā)生動(dòng)搖。在移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)，ARM處理器的市場(chǎng)份額超過(guò)90%；在服務(wù)器市場(chǎng)，2011年就會(huì)有2.5GHz的服務(wù)器上市；在桌面電腦市場(chǎng)，又有了微軟的支持。ARM成為主流，恐怕指日可待。難怪有人驚呼，Intel公司將被擊??！ARM微處理器核技術(shù)廣泛應(yīng)用于便攜式通信產(chǎn)品、手持運(yùn)算、多媒體和嵌入式解決方案等領(lǐng)域，已成為RISC的標(biāo)準(zhǔn)。

與這場(chǎng)轟轟烈烈的變革相比，它的主角ARM公司卻沒(méi)有受到太多的關(guān)注，顯得不太起眼。這家遠(yuǎn)離硅谷、位于劍橋大學(xué)的英國(guó)公司，到底是怎么走到今天的，居然能將芯片巨人Intel拉下馬？

展望未來(lái)，即使Intel成功地實(shí)施了Atom戰(zhàn)略，將x86芯片的功耗和價(jià)格大大降低，它與ARM競(jìng)爭(zhēng)也將非常吃力。因?yàn)锳RM的商業(yè)模式是開(kāi)放的，任何廠商都可以購(gòu)買(mǎi)授權(quán)，所以未來(lái)并不是Intel vs. ARM，而是Intel vs. 世界上所有其他半導(dǎo)體公司。那樣的話(huà)，Intel的勝算能有多少呢？

2012年10月29日AMD做出了一個(gè)震驚業(yè)界的宣布：AMD將會(huì)設(shè)計(jì)基于64-bit ARM架構(gòu)的處理器，首先從云和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器領(lǐng)域開(kāi)始。AMD、ARM在服務(wù)器領(lǐng)域的合作已經(jīng)得到了戴爾、惠普兩大服務(wù)器廠商，以及服務(wù)器系統(tǒng)廠商RedHat的鼎力支持，新的生態(tài)系統(tǒng)已具雛形，AMD能否借此東山再起？

AMD的首批ARM處理器于2014年問(wèn)世，仍將披掛Opteron皓龍品牌。這種64位的多核心SoC會(huì)針對(duì)數(shù)據(jù)中心中份額最大的密集型高能效服務(wù)器進(jìn)行優(yōu)化，提供現(xiàn)代計(jì)算體驗(yàn)，并整合收購(gòu)而來(lái)的SeaMicro Freedom超級(jí)計(jì)算光纖互聯(lián)技術(shù)。

PowerPC架構(gòu)相比于ARM的優(yōu)勢(shì)

powerpc芯片憑借其出色的性能和高度整合和技術(shù)先進(jìn)特性在網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用，工業(yè)控制應(yīng)用，家用數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域，軍工領(lǐng)域,電力系統(tǒng)控制等都具有非常廣泛的應(yīng)用。

由于PowerPC相對(duì)ARM器件來(lái)說(shuō)價(jià)格稍貴，另外ARM開(kāi)發(fā)工具盜版到處都是，所以在中國(guó)目前來(lái)說(shuō)PowerPC不是很普及．但在一些歐美國(guó)家應(yīng)用很廣泛的。個(gè)人覺(jué)得PowerPC相對(duì)ARM優(yōu)勢(shì)有下面幾點(diǎn)說(shuō)明：

1、整合度高以及技術(shù)先進(jìn)性，現(xiàn)在Freescale PowerPC 處理器集成USB,PCI,DDR控制器，SATA控制器，千兆網(wǎng)口控制器，CAN控制器，RapidIO以及PCI_Express控制器，IEEE1588通信協(xié)議，支持各種通信協(xié)議CPM協(xié)處理器 ，DMA,SPI，I２C.UART等，客戶(hù)無(wú)須設(shè)計(jì)復(fù)雜的外圍電路，減少設(shè)計(jì)復(fù)雜程度以及物料使用，ARM這點(diǎn)比不上。

2、芯片可選范圍大，性能高，升級(jí)容易，從５０M-1.7G都有處理器，而且POwerPC將向多核處理器發(fā)展，如已經(jīng)推出集成雙e500 coreMPC8572,MIPS性能高達(dá)６８９７，ARM我看頻率是１G的都沒(méi)有，ARM 大概是 1.1 MIPS/MHz，Power Architecture 是大于2.0MIPS/MHz，所以PowerPC在高端嵌入式應(yīng)用，占有很大比例，ARM這點(diǎn)比不上 。

3、開(kāi)發(fā)難度方面，其實(shí)PowerPC處理器開(kāi)發(fā)難度并不是很高，只不過(guò)因?yàn)殚_(kāi)發(fā)的人少，所以中文資料相對(duì)較少，另外開(kāi)發(fā)工具也不象ARM那么多盜版的，所以總有些人抱怨PowerPC處理器開(kāi)發(fā)難度大，如Freescale都免費(fèi)給客戶(hù)提供Datasheet,設(shè)計(jì)詳細(xì)文檔給用戶(hù)，而且最底層驅(qū)動(dòng)，F(xiàn)reesclae都已經(jīng)開(kāi)發(fā)好．你可以在他們論壇上提問(wèn)，或者發(fā)郵件給技術(shù)支持，他們很快都能回復(fù)的, 相信以后用的人會(huì)越來(lái)越多。

4、價(jià)格方面，總有人抱怨說(shuō)PowerPC處理器價(jià)格貴，相對(duì)ARM來(lái)說(shuō)，同樣頻率的，可能會(huì)貴點(diǎn)，但是如果是MIPS/MHz性能比較以及整合的外圍電路來(lái)說(shuō)，PowerPC還是有一定優(yōu)勢(shì)的，F(xiàn)reescale也意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，所以推出了向工作頻率低點(diǎn)的MPC8313，MPO8323等低價(jià)格處理器，另外如coldfire也推出低價(jià)格處理器，隨著Freescale后面產(chǎn)品繼續(xù)推出，PowerPC處理器價(jià)格會(huì)越來(lái)越便宜。

5、PowerPC 的結(jié)構(gòu)尤其在功耗方面的束縛可能導(dǎo)致其在嵌入式領(lǐng)域沒(méi)有如ARM那樣大的伸縮性。

二者定位不同：ARM面向的低端消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)，拼的是功耗；PowerPC面向的是中高端市場(chǎng)，比的是性能，好像還沒(méi)看到誰(shuí)的手機(jī)是PowerPC的，也沒(méi)有看到誰(shuí)家企業(yè)級(jí)以上的交換機(jī)是用ARM做的。PowerPC在嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用是在中高端的，不在消費(fèi)領(lǐng)域，比如企業(yè)級(jí)以上的交換機(jī)，大機(jī)架上鏟平，對(duì)功耗應(yīng)該是考慮次要的，這類(lèi)產(chǎn)品都是由單獨(dú)的AC/DC的電源，而且機(jī)箱中一般都有風(fēng)扇。所以功耗應(yīng)該不是問(wèn)題。ARM都是面向消費(fèi)電子的。

ARM在消費(fèi)電子領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)非常明顯，如此流行的原因我認(rèn)為有三個(gè)方面：價(jià)格便宜、配套IP完備、集成使用方便。

至于性能和低功耗方面，ARM要弱于PowerPC。Power系列的芯片主要用于交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)處理器、及sony的游戲機(jī)等應(yīng)用上，這類(lèi)的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)處理器的性能要求非常強(qiáng)烈，ARM難以勝任 ARM和MIPS在消費(fèi)領(lǐng)域存在著競(jìng)爭(zhēng)，MIPS陣營(yíng)的產(chǎn)品在功耗和面積上具有優(yōu)勢(shì)，但MIPS提供的開(kāi)發(fā)工具不如ARM便捷。

Powerpc架構(gòu)與X86架構(gòu)的區(qū)別

power和intel x86對(duì)比，要看怎么比了。首先，在高端服務(wù)器領(lǐng)域，power的大規(guī)模SMP系統(tǒng)性能（目前最高的power795可以配置256個(gè)4GHz處理核心）即使8路E7 v2頂配 120個(gè)核心也是難以望其項(xiàng)背的，當(dāng)然低端入門(mén)級(jí)領(lǐng)域intel在同等價(jià)格的前提下性能有很大優(yōu)勢(shì)也是事實(shí)(企業(yè)級(jí)市場(chǎng)intel產(chǎn)品線的價(jià)格還是很宜人的)。

其次，power系統(tǒng)在硬件層面的可靠性、可用性、可維護(hù)性（業(yè)界俗稱(chēng)RAS）方面明顯強(qiáng)于x86系統(tǒng)，intel只提供處理器，整機(jī)需要廠商自己去設(shè)計(jì)，中小廠商基本靠intel的公版方案做白牌裝機(jī)商，只有大品牌（比如IBM HP之類(lèi)）才有自己的獨(dú)道設(shè)計(jì)，x86的雜牌軍和IBM從芯片開(kāi)始設(shè)計(jì)的整機(jī)方案無(wú)法相比。第三，power機(jī)器一般運(yùn)行AIX系統(tǒng)居多，少數(shù)linux系統(tǒng)；x86基本運(yùn)行win和linux系統(tǒng)。

AIX在系統(tǒng)穩(wěn)定性、軟件方案集成度（例如HA軟件、備份軟件、集群文件系統(tǒng)等等）、廠商技術(shù)支持能力強(qiáng)于開(kāi)放平臺(tái)。第四，商用IT系統(tǒng)的用戶(hù)選用什么平臺(tái)主要看軟件需求，有些要求7*24不能宕機(jī)不能丟數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性應(yīng)用在操作系統(tǒng)選擇方面有很大的局限性（例如銀行、電信等等），這些領(lǐng)域x86想獲得機(jī)會(huì)，需要依靠應(yīng)用軟件移植和win/linux這類(lèi)開(kāi)放OS可靠性大幅提升才有可能完成，無(wú)論哪一個(gè)都不是容易做到的。

power和sparc、安騰是UNIX界的三駕馬車(chē)，共同支撐起絕大部分企業(yè)的關(guān)鍵性應(yīng)用平臺(tái)，xeon從低端起家，逐漸向中端蠶食，高端市場(chǎng)目前還無(wú)力企及。軟件層面，unix平臺(tái)的縮水和win/linux的進(jìn)取是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。power和x86的對(duì)比，單純對(duì)比芯片本身意義不大，也和普通消費(fèi)者沒(méi)有直接關(guān)系。

硬件體系

從處理能力來(lái)說(shuō)，單Hz的處理能力x86已經(jīng)超過(guò)了Power系列，這是毋庸置疑的。但是Power有其明顯的優(yōu)點(diǎn)。它采用了標(biāo)準(zhǔn)的SMP結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)對(duì)于內(nèi)存來(lái)說(shuō)所有CPU訪問(wèn)的速度都是一致的，而x86采用了NUMA結(jié)構(gòu)，這就是說(shuō)CPU和內(nèi)存是分區(qū)的，每個(gè)CPU訪問(wèn)自己的這部分內(nèi)存特別快，但是如果需要訪問(wèn)其它部分那就要走QPI總線（現(xiàn)在已經(jīng)在不斷改進(jìn)了），這也客觀上造成了隨著CPU數(shù)量的增多，處理能力的增長(zhǎng)Power系列的線性程度遠(yuǎn)好于x86（這也是為什么很少會(huì)用4路以上的x86服務(wù)器）。而且作為小型機(jī)，封閉系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)更加完整緊湊，綜合起來(lái)性能強(qiáng)于x86。

軟件體系

硬件體系是自己的，操作系統(tǒng)也是自己的（AIX等），所以整合起來(lái)Power系列的整體穩(wěn)定性要強(qiáng)于x86服務(wù)器，而且運(yùn)維也方便（特別是對(duì)于一些外圍硬件，如果使用IBM更加容易用），抗壓能力也強(qiáng)（小型機(jī)90%的CPU占用率，運(yùn)行幾個(gè)星期可能都OK，x86幾天就估計(jì)出問(wèn)題了）但是Power系列的小型機(jī)的價(jià)格太高了，而且已經(jīng)趕不上技術(shù)的變化了，由于Google的崛起，云計(jì)算的興盛，現(xiàn)在的分布式系統(tǒng)的成熟度越來(lái)越高，系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越不依賴(lài)幾臺(tái)小型機(jī)來(lái)提供穩(wěn)定可靠性，而是通過(guò)集群來(lái)提供，性能也能夠通過(guò)分布式的處理來(lái)解決。

所以x86的使用越來(lái)越廣泛，而最新的一些低成本但是能夠帶來(lái)高效能的新技術(shù)都在x86體系下得到應(yīng)用（x86市場(chǎng)占有率高，也開(kāi)放），而Power系列由于其封閉的特性，反而難以得到應(yīng)用，所以Power系列的小型機(jī)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越不明顯，已經(jīng)在逐漸退出歷史舞臺(tái)了。

面臨的共同問(wèn)題

性能瓶頸——報(bào)酬遞減法則盡管CPU 時(shí)鐘頻率不斷提高，但其實(shí)際處理能力卻并沒(méi)有成比例提高，例如一個(gè)2GHz CPU的處理能力并不是一個(gè)1GHz CPU 的兩倍，目前還很難解釋產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。

另外因?yàn)閮?nèi)存的處理能力（performance）與CPU 的處理能力（performance）不匹配，CPU大部分時(shí)間在等待，不做任何事情（HP 估計(jì)服務(wù)器的CPU 這種不做任何事情的時(shí)間占70%）。

這種內(nèi)存的延遲是不可能消除，因此當(dāng)程序需要CPU 訪問(wèn)大量?jī)?nèi)存時(shí)，這種內(nèi)存延遲將極大地影響程序的運(yùn)行，此時(shí)CPU 處理能力不能接近其真實(shí)的處理能力。當(dāng)然CPU 的cache 能夠減少這種延遲的影響，提高處理能力，但是cache 的提升效果極大的依賴(lài)于cache 的類(lèi)型和軟件使用的算法。

目前在x86 系列CPU 中，一些新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)CPU 的處理能力只有些許的提高，這些新技術(shù)所以被應(yīng)用，多源于Intel 和AMD 競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果?，F(xiàn)在CPU 的時(shí)鐘已經(jīng)變得非常高了，處理能力不等比例增長(zhǎng)問(wèn)題也變得更加嚴(yán)重，這意味著提高時(shí)鐘頻率對(duì)提高整體的處理能力收效甚微。SPEC Benchmark 測(cè)試表明：在DELL 工作站上面當(dāng)增加50%的CPU 時(shí)鐘頻率，同時(shí)輔助以hyper-threading 技術(shù)時(shí)，CPU 處理能力只有26%的增加，而在Itanium 2 CPU 系統(tǒng)上面，時(shí)鐘頻率只提高11%，但是cache 增加一倍，CPU 處理能力提高50%。但是cache 增加到一定程度以后，對(duì)性能的影響又會(huì)減弱。

當(dāng)然，CPU 的處理能力與很多因素相關(guān)，比如cache 的大小、cache 的設(shè)計(jì)、內(nèi)存接口、編譯器及其設(shè)置、程序語(yǔ)言和程序編寫(xiě)員等因素。有些時(shí)候，換一種編寫(xiě)語(yǔ)言都比換CPU 更好，有時(shí)候換個(gè)編程人員就能獲得很大提高。

總之，無(wú)論是x86 還是PowerPC 處理器，由于時(shí)鐘頻率和cache 等因素的非線性影響，處理器性能的提高遇到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，兩者遇到的瓶頸與挑戰(zhàn)是相同的。

處理能力(Performance)比較

90 年代末期，AMD 成為Intel 公司的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者，兩個(gè)公司都致力于開(kāi)發(fā)新型的更快速的x86CPU。這種激烈的競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致x86 處理器的處理能力飛速的提高，一度極大的超過(guò)了RISC 處理器（如果你相信benchmark 的話(huà)）。然而RISC 處理器廠商也意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，開(kāi)始設(shè)計(jì)生產(chǎn)更快的RISC 處理器。但是具有諷刺意味的是，當(dāng)把這些CPU 按照相同的幾何學(xué)構(gòu)造以后，運(yùn)行最快的Alpha 21364使用的卻是7 年前的核設(shè)計(jì)的。

盡管PowerPC 處理器最初設(shè)計(jì)目標(biāo)是桌面系統(tǒng)，但是它最大的應(yīng)用卻是更關(guān)心功耗的嵌入式應(yīng)用。PowerPC G4 處理器使用低速的單數(shù)據(jù)速率（single datarate）總線，而不象x86 處理器使用的是雙數(shù)據(jù)速率甚至四數(shù)據(jù)速率（double or quad data rate）總線，這個(gè)方面PowerPC沒(méi)法與x86 競(jìng)爭(zhēng)。目前PowerPC 的處理器在主頻上沒(méi)法和x86 處理器相比，但是根據(jù)報(bào)酬遞減法則這種高主頻并不能反映處理器的真實(shí)處理能力。X86 處理器的確非常快速，但是并沒(méi)有你想象的那么快。

矢量處理比較

矢量處理也叫做SIMD（SingleInstruction Multiple Data），用來(lái)進(jìn)行一些專(zhuān)門(mén)的處理，使用它可以使這些處理性能成倍的提高。

X86 和PowerPC 都有這樣的矢量單元，以支持矢量指令，x86 處理器上是MMX，MMX2，SSE和SSE2。這些矢量單元有8 個(gè)128 位寄存器，但是這些寄存器不能同時(shí)執(zhí)行浮點(diǎn)指令。X86 處理器的浮點(diǎn)單元功能一直非常弱，現(xiàn)在x86 處理器都使用SSE 進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，甚至于Intel 公司投資開(kāi)發(fā)編譯器使處理器自動(dòng)使用SSE 單元進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，而不管編程人員是否愿意這樣。

PowerPC 從一開(kāi)始就有更好的矢量處理能力，當(dāng)Apple，IBM 和Motorola 修訂PowerPC 指令集時(shí)就考慮矢量處理能力，并增加了Altivec 單元。Altivec 單元具有32 個(gè)128 位寄存器，PowerPC 從G4 開(kāi)始就集成Altivec 單元，并在以后的版本繼續(xù)集成AltiVec 單元，同樣的在970中也集成AltiVec 單元。

因?yàn)锳ltivec 對(duì)內(nèi)存需要更苛刻，G4的總線接口降低了Altivec 性能，但是Altivec 比SSE具有更多的寄存器，因此Altivec 不需要頻繁的訪問(wèn)內(nèi)存，而SSE 恰恰通過(guò)頻繁的訪問(wèn)內(nèi)存來(lái)提高處理能力。Altivec 單元能獨(dú)立操作并同時(shí)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。

功耗比較

X86 和PowerPC 最大的不同在于功耗，由于PowerPC 是為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)，并且主要用于嵌入式系統(tǒng)，因此具有很低的功耗。X86 處理器恰恰相反，由于采用古老的效率低下的體系結(jié)構(gòu)，具有很高的功耗，在x86 處理器中，一切新技術(shù)的目的都是為了增加處理能力和時(shí)鐘主頻，這進(jìn)一步增加了處理器功耗。3GHz Pentium 4 處理器與1GHz 的PowerPC G4 (7447)處理器比較，在功耗上相差10 多倍。

G4 的最大功耗是10w，Intel 不公布功耗的圖表，只給出了熱能消耗等級(jí)，這個(gè)數(shù)字大約為30w，低于最大功耗數(shù)值，按照這個(gè)熱能等級(jí)圖表，P4 3GHz 處理器的設(shè)計(jì)功率額度為81.9w 但是實(shí)際的最大功率應(yīng)該達(dá)到并可能超過(guò)100w。單個(gè)P4 3GHz 處理器的功耗是一個(gè)Pegasos 主板的4 倍，而這種主板上面還包括一個(gè)1G 的G4 處理器。

為何蘋(píng)果放棄Powerpc采用X86架構(gòu)

除了能耗太高之外，并導(dǎo)致筆記電腦使用時(shí)間無(wú)法延長(zhǎng)也是個(gè)阻礙發(fā)展的原因之一。

PowerPC的使用范圍除了蘋(píng)果電腦之外，其他廠商使用的比例極低，導(dǎo)致研發(fā)成本與實(shí)際銷(xiāo)售獲利彼此的拉扯，反觀Intel持續(xù)以高效能、極短的開(kāi)發(fā)周期，不斷推出新的內(nèi)核，更換Intel以商業(yè)角度其實(shí)頗為合理最重要還有軟體上的考量，蘋(píng)果的作業(yè)系統(tǒng)本身，到了OS 9的時(shí)候已經(jīng)面臨難以大幅提升效能、無(wú)法輕易相容與其他Wintel電腦的刻板印象，這時(shí)候Steve Job回來(lái)蘋(píng)果，并帶回了離開(kāi)蘋(píng)果時(shí)所經(jīng)營(yíng)的NeXT系統(tǒng)(一個(gè)源自于Unix分支的系統(tǒng))這也是為什么蘋(píng)果系統(tǒng)叫OS X而不叫OS10的原因，而Unix系統(tǒng)是可以經(jīng)由調(diào)整相容于Intel 或PowerPC(早期的Linux 都會(huì)有intel版本或PPC-PowerPC版本)

相信蘋(píng)果從一開(kāi)始開(kāi)發(fā)Mac OS X就已經(jīng)在鋪陳更換Intel內(nèi)核所需的研究。

很多使用者對(duì)于使用蘋(píng)果電腦會(huì)無(wú)法使用原本在Windows下的軟體功能感到憂(yōu)心，一旦使用Intel內(nèi)核，除了調(diào)整作業(yè)系統(tǒng)以適用于Intel，另外好處是，在Mac環(huán)境下使用Windows也就不是難事了。

現(xiàn)在蘋(píng)果使用者大幅提升，有非常多正是因?yàn)樘O(píng)果電腦除了自身系統(tǒng)外，卻也能兼顧原本W(wǎng)indows環(huán)境，而勇于轉(zhuǎn)換平臺(tái)的使用者，不是嗎。

就現(xiàn)在來(lái)說(shuō)當(dāng)初老喬全面轉(zhuǎn)向intel平臺(tái)降低了多方面的門(mén)檻：

1. 價(jià)格：PPC是當(dāng)年apple價(jià)格高企的原因之一，就總體價(jià)格而言intel平臺(tái)成本比PowerPC低的多，配置上也更容易多樣化，且intel迭代速度快容易刺激銷(xiāo)售增長(zhǎng)。

2. 軟件：編程語(yǔ)言方面我沒(méi)有發(fā)言權(quán)，但相信intel架構(gòu)的普及率降低了軟件的開(kāi)發(fā)門(mén)檻，而且現(xiàn)在的app比PPC時(shí)代多的多。

3. 市場(chǎng)：對(duì)市場(chǎng)受眾而言intel平臺(tái)的apple更具有親和力，兼容性好、用不慣OS X分分鐘就能裝Windows，消費(fèi)者可以很放心的入手，市場(chǎng)占有率也由此大幅度提升。