Android可以运行在三种不同类型的处理器架构上:Arm、Intel X86和MIPS。英特尔弃用手机CPU后，前者已经成为智能手机的主要架构，而手机的MIPS处理器已经多年不见。Arm是Android和苹果生态系统中所有现代智能手机使用的CPU架构。Arm处理器也通过Arm上的Windows和苹果为Mac定制的M1 CPU进入个人电脑市场。随着Arm和Intel CPU的竞争越来越激烈，我们不妨了解一下他们在一些关键点上的不同。
体系结构
CPU是设备的“大脑”，但并不完全智能。CPU只有在获得非常具体的指令时才能工作，这些指令告诉处理器在寄存器和存储器之间移动数据，或者使用特定的执行单元进行计算。独特的CPU硬件模块需要不同的指令，随着CPU越来越复杂和强大，这些指令也越来越多。所需说明也可为硬件设计提供参考。
运行在手机上的应用程序不是用CPU指令编写的，而是用各种高级编程语言编写的应用程序编译成特定的指令集，以便在Arm、x86或其他CPU上正确运行。这些指令在CPU中进一步解码成微码操作，需要硅空和电源。如果你想要最低功耗的CPU，保持指令集简单是最重要的。然而，更高的性能可以通过更复杂的硬件和指令来获得，但要以功耗为代价。这是Arm和Intel在CPU设计上的根本区别。
Arm基于RISC，而Intel基于CISC。Arm的CPU指令是合理的、原子的，指令的数量和微操作有非常密切的关系。相比之下，CISC提供了更多的指令，其中许多执行多重操作。这导致更好的性能，但是解码这些复杂的指令消耗更多的功率。
指令处理器和硬件设计之间的这种关系是CPU体系结构的组成元素。通过这种方式，可以为不同的目的设计CPU架构，例如极端的数字操作、低功耗或最小的硅面积。这是Arm和x86 CPU的一个关键区别，因为前者基于更低的功耗、指令集和硬件。
64位CPU架构
如今，64位架构是智能手机和PC的主流，但更早的时候并非如此。智能手机直到2012年才进入64位时代，比PC晚了大约十年。简单来说，64位计算可以使用足够大的寄存器和内存地址来使用64位长数据类型。当然，除了兼容的硬件和指令，还需要64位的操作系统，比如Android。
业内人士可能还记得苹果先于其安卓竞争对手推出首款64位处理器时引起的轰动。移动到64位不会改变每日计算。但是，在使用高精度浮点数时，有效地运行数字很重要。64位寄存器还提高了3D渲染精度和加密速度，并简化了4GB以上内存的寻址。
个人电脑在智能手机之前转向了64位，但并不是英特尔创造了现代的x86-64架构。这一荣誉属于AMD在1999年的公告，该公告改造了英特尔现有的x86架构。英特尔的替代IA64安腾架构被放弃。
Arm在2011年推出了ARMv8 64位架构。Arm不扩展其32位指令集，而是提供纯64位实现。为了实现这一目标，ARMv8架构使用两种执行状态，即AArch32和
AArch64 .顾名思义，一个用来运行32位代码，一个用来运行64位代码。ARM设计的优势在于，处理器在正常执行过程中可以从一种模式无缝切换到另一种模式。然而，Arm表示，未来的ARMv9 Cortex-A处理器到2023年将只有64位，它将停止支持旧的32位应用程序和操作系统。事实上，2021年的小型Cortex-A510和power Cortex-X2 CPU已经是64位了。
异构计算
上面讨论的架构差异部分解释了这两个芯片巨头目前的成功和问题。Arm的低功耗方法完全适合移动设备的3.5W热设计功耗要求，但其性能也可以扩展到匹配英特尔的笔记本电脑芯片。同时，典型的Intel 100W TDP的Core i7和i9，以及竞争对手AMD的芯片组，在服务器和高性能台式机上大获全胜，但是很难降到5W以下。
当然，我们不能忘记硅制造工艺在过去十年中大大提高电源效率的作用。总的来说，更小的CPU晶体管消耗更少的能量。英特尔在2014年一直努力超越其内部的14 nm工艺，10 nm芯片将在今年发布。在此期间，智能手机芯片组已经从20纳米转向14、10和7纳米设计。到目前为止，市场上已经出现了5 nm的芯片。这是通过利用三星和TSMC代工厂之间的竞争实现的，这也在一定程度上帮助AMD通过其最新的7纳米锐龙处理器缩小了与英特尔的差距。
而Arm架构的一个独特功能——异构计算，尤其有助于保持移动应用的TDP较低。想法很简单。建立一个架构，让不同的CPU组件协同工作，提高效率。
Arm在这个想法上的第一次尝试是巨大的。2011年的LITTLE，有一个大的Cortex-A15和一个小的Cortex-A7内核。对于今天的智能手机用户来说，使用更大的CPU内核来处理要求苛刻的应用程序，使用高能效的CPU内核来处理后台任务是理所当然的，但它已经经历了几次尝试来完善这一想法。2017年，Arm通过DynamIQ和ARMAv8.2架构确立了这一概念，允许不同的CPU在同一个集群中共享内存资源，实现更高效的处理。DynamIQ还实现了2+6的CPU设计，这在中端芯片中越来越常见。
而当时的对手英特尔的Atom芯片，没有异构计算，无法达到Arm的性能和效率的平衡。直到2020年，英特尔的Foveros、嵌入式多芯片互连桥和混合技术项目才产生了一个有竞争力的芯片设计——10nm Lakefield。Lakefield结合了一个高性能的Sunny Cove内核和四个节能的Tremont内核，以及图形和连接功能。但是，即使这个套餐是针对联网笔记本电脑的，它的TDP也是7W，对于智能手机来说还是太高了。
如今，Arm和x86在10W TDP以下笔记本电脑市场的竞争越来越激烈。英特尔在这个领域的规模在缩小，而Arm的规模在扩大，而且越来越成功。苹果在Mac上使用自己定制的Arm芯片是Arm架构性能不断提升的典型例子，这应该归功于异构计算和苹果的定制优化。
可定制的内核和指令集
Arm和Intel的另一个重要区别是，后者从头到尾控制其整个流程，直接销售其芯片，而Arm只销售授权。英特尔的架构、CPU设计甚至制造都掌握在自己手里。与相比
接下来，Arm向苹果、三星和高通等合作伙伴提供各种产品。这些产品包括现成的CPU核心设计，如Cortex-A78和A710，通过Arm CXC项目开发的设计，以及定制架构许可证，允许苹果和三星等公司构建定制的CPU核心，甚至调整指令集。
构建定制的CPU是一个昂贵而复杂的过程，但正确的方法显然可以带来良好的结果。苹果的CPU显示了定制的硬件和指令如何在Arm性能上大大接近甚至超过主流的x86-64。
苹果打算逐步用自己的基于Arm的芯片取代Mac产品中的英特尔CPU。苹果M1是这一努力中的第一个芯片，它为最新的MacBook Air，Pro和Mac Mini提供动力。M1有一些令人印象深刻的性能改进，这表明高性能Arm内核可以在要求更高的计算场景中与x86-64竞争。但需要注意的是，苹果针对的是笔记本电脑级别的CPU，而不是台式机。
Intel和AMD使用的X84-64架构，在消费级硬件的原始性能上依然领先。但Arm现在在高性能和高能效仍然是关键的产品领域非常有竞争力，包括服务器市场。今年，世界上最强大的超级计算机有史以来第一次运行在Arm CPU核心上。其A64FX SoC由富士通设计，是第一款运行Armv8-A SVE架构的处理器。
软件兼容性
如前所述，应用程序和软件必须针对运行它们的CPU架构进行编译。CPU和CPU生态系统的联姻意味着兼容性从来没有真正成为问题，因为应用程序不需要在多个平台和架构上运行。然而，在多CPU架构上运行的跨平台应用程序和操作系统的增长正在改变这种情况。
苹果基于Arm的MAC、谷歌的Chrome OS和微软基于Arm的Windows都是现成的例子，软件需要同时运行在Arm和x86-64架构上。对于新的应用程序和愿意投资重新编译的开发人员来说，为两者编译本地软件是一个选择。为了填空白，这些平台还依赖代码仿真。换句话说，为一种CPU架构编译的代码被翻译成在另一种架构上运行。与原生应用相比，这种方式效率低下，性能下降，但目前来看，良好的模拟可以保证应用的运行。
经过多年的发展，Arm上的Windows模拟对于大多数应用程序来说已经相当不错了。大多数情况下，Android应用程序在英特尔Chromebook上运行良好。苹果有自己的翻译工具，名为Rosetta 2，也支持传统的Mac应用程序。但与原生编译的应用相比，三者的性能都会受到影响。
最后
在过去十年Arm和x86的竞争中，Arm成为智能手机等低功耗设备的选择。该架构现在也正在向笔记本电脑和其他需要提高能效的设备转移。尽管在手机上输掉了战斗，但英特尔的低功耗处理器在过去几年中有所改善，Lakefield和Alder Lake等混合概念与现在手机中的Arm处理器有更多共同点。
也就是说，从工程的角度来看，Arm和x86还是有明显的区别的，还是各有优劣。然而，随着生态系统越来越支持这两种架构，它们之间的使用场景将变得模糊。虽然Arm和x86有交集，但在可预见的未来，Arm肯定还是智能手机行业的首选架构。这种架构在笔记本电脑的计算和效率方面也显示了广阔的前景。
