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如果你是少數仍認為指令集架構(instruction set architectures，ISA)是精簡(jiǎn)(RISC)或復雜(CISC)，會(huì )對應用處理器之設計的功耗或性能有顯著(zhù)影響的軟件或硬件設計工程師，放棄這種想法吧!它是不正確的，因為更重要的是處理器的微架構(microarchitecture)，也就是指令被硬布線(xiàn)(hardwired)到處理器中的方法，以及有什么被添加入以協(xié)助它們達成特定目標。 以上結論來(lái)自于學(xué)術(shù)期刊《ACM計算機系統學(xué)報(ACM Transactions on Computer Systems)》的一篇論文“指令集架構之戰：了解ISA是CISC或RISC的關(guān)聯(lián)性(ISA Wars: Understanding the Relevance of ISA being CISC or RISC)”(參考連結)，作者為Emily Blem、Jakrishnan Menon、Thiruvengadam Vijayaraghavan以及 Karthhikeyan Sankaralingam;該論文報告了過(guò)去四年美國威斯康辛大學(xué)(University of Wisconsin)垂直研究小組(Vertical Research Group，VRG)所做的一項研究結果。 報告作者之一Vijayaraghavan 表示，該研究是到目前為止針對三大處理器架構——英特爾(Intel) x86架構、ARM處理器以及現屬于Imagination 的MIPS處理器——的設計、實(shí)作等所有角度的最完整分析�！半m然在過(guò)去，RISC與CISC指令集架構也許有一些差異，但我們鎖定的參數——性能(performance)、功耗(power)與能源效益(energy)現在肯定沒(méi)有�！绷硪晃粓蟾孀髡逽ankaralingam 表示：“ISA缺乏的地方，微架構就會(huì )補強它，反之亦然�！� RISC、CISC指令集架構研究所采用的處理器平臺 Sankaralingam指出，現在只有一種處理器是真正的RISC架構——MIPS，是以美國史丹佛大學(xué)開(kāi)發(fā)的RISC架構為基礎;至于x86處理器架構一開(kāi)始是純CISC設計，但過(guò)去幾年來(lái)越來(lái)越朝類(lèi)RISC結構發(fā)展。ARM處理器架構近似RISC，但采用更多CISC功能，包括增加的Thumb 1與Thumb 2指令集架構。 他表示：“所以我們的研究基本上是在目前的市場(chǎng)環(huán)境，比較今日的Intel、ARM與MIPS處理器;幾乎每一個(gè)我們的量測結果，都與指令集架構無(wú)關(guān)�！币酝谋容^研究會(huì )因為處理器系統的軟體與硬體資源不同而有缺陷，但VRG團隊盡力確保其量測是在條件幾乎相同的平臺與同等的環(huán)境中完成，為了區分出實(shí)作與ISA效果，他們盡可能讓所使用的各種ISA芯片，都具備類(lèi)似的微架構。 此研究將比較樣本局限在A(yíng)RM Cortex-A8或更高等級的處理器，較不注重Cortex-M系列元件;Sankaralingam解釋?zhuān)骸霸蚝芎?jiǎn)單，我們的目標之一是要有能比較與量化的平臺，因此我們沒(méi)必要去看A9以下的處理器，以及相對應的競爭架構�！痹�Cortex-M0的環(huán)境下，ARM是與1~20MHz與2~50mWatt的8位MCU競爭，其運作是架高在x86指令集之上，不適用其研究。 該研究小組的評估，是以一顆MIP處理器(中國開(kāi)發(fā)的龍芯- Loongson處理器)、三個(gè)ARM平臺(Cortex- A8、Cortex-A9與Cortex-A15)，以及三個(gè)x86架構設計(Atom、Bobcat與Sandybridge i7)來(lái)進(jìn)行;他們也使用了相同的作業(yè)系統——Linux 2.6 LTS，還有以gss 4.4為基礎的交叉編譯器前端(cross compiler front end)。 在移動(dòng)設備客戶(hù)端的工作負載方面，他們使用CoreMark與Webkit性能基準;在桌上型應用方面，則是采用SPECCPU2006基準。至于服務(wù)器工作負載的性能基準，則是使用包括lightpd與CLucerne等性能基準。 RISC、CISC指令集架構研究的發(fā)現 研究所采用的實(shí)作樣本，包括不同ISA以及相同ISA、不同微架構;Sankaralingam表示：“整體看來(lái)，我們選擇的平臺條件具備合理的平等，而且我們執行了詳細的分析，分別得出各微架構與技術(shù)的效果�！� VRG團隊確實(shí)進(jìn)行了處理器在執行時(shí)間(execution time)、工作周期(cycle count)、指令數目(instruction count)、指令格式與結構(instruction format and mix)、微架構以及ISA對微架構影響的比較;功耗與能源效益的分析量測也很全面，包括平均功耗、平均技術(shù)獨立功耗(technology independent power)，以及平均能源效益等等。 Sankaralingam表示，他們的報告結論是，雖然ISA與支援不同特殊應用(例如虛擬化、加速器、浮點(diǎn)運算..)的功耗與性能有關(guān)，但無(wú)論ISA是RISC或CISC，其實(shí)大都與今日成熟的微處理器設計領(lǐng)域沒(méi)有什么關(guān)系�！案鶕@項研究，開(kāi)發(fā)工程師能簡(jiǎn)單根據工程設計觀(guān)點(diǎn)，放心考慮針對不同性能等級最佳化的ARM、MIPS或x86處理器;”Sankaralingam指出：“不同ISA的能源效益基本上并沒(méi)有差別�！� 如該報告最后一段所寫(xiě)：“顯然數十年來(lái)的硬體與編譯器研發(fā)，已經(jīng)能有效掌握RISC與CISC架構，而且兩者在未來(lái)訴求節能的創(chuàng )新應用中擁有平等地位�！� [I]編譯：Judith Cheng[/I] |
