x86、amd、arm和GPU

CPU和GPU。

题目其实比较乱，不同类的东西都堆在一起了。但对于我来说，确实是不容易搞清。

应该这么说，x86和arm是一类，是CPU架构；Amd是一家CPU制造商，它们家的CPU和Intel一样，都是x86架构。而GPU则与CPU齐名，图形处理器。当然啦，它们都算是非常重要的处理器的范畴，放在一起说也不过分。

一、x86和x64

对软件来说，x86一般是指32位的系统，x64就是64位的系统。对CPU来说，也类似。但是，x64本质上也是x86的一个版本，确切来说，应该叫x86_64，可以简单理解成x86的下一代版本。目前x86基本上已经淘汰，x64是主流。

对于世界上最大的两家CPU制造商Intel和Amd，他们都生产x86（包括x64）架构的CPU。这俩公司渊源其实很深。早期时Intel先是自己搞了个x86架构，然后Amd拿到授权也可以做x86了。接着Intel向64位过渡的时候搞了个ia64（x64架构），因为和x86架构不兼容，市场反应极差。而Amd率先搞了x86的64位兼容架构（32和64的混合架构），即现在的x86-64，Intel反过来向Amd要授权（Intel和Amd两家专利交叉的很严重）生产x86-64。由于是Amd先搞出来的，所以x86-64也叫amd64。

二、arm和MIPS

早期的cpu有两个设计思路，一是把cpu内的逻辑电路做的非常复杂，这样可以直接用cpu硬件实现复杂指令，这个叫复杂指令集CISC；另一个思路是尽可能把cpu做的简单，依靠简单指令的组合迭代完成复杂指令，这个叫精简指令集RISC。

早期的x86（含x64）是cisc的代表，后来的发展中逐步引入了risc的部分理念，将内部指令的实现大量模块化，准确来说是一个cisc外加risc部分技术的架构。

而arm是risc的典型代表，不过在发展过程中引入了部分复杂指令（完全没有复杂指令的话操作系统跑起来异常艰难），所以arm是一个risc基础外加cisc。

arm的主要专利技术在arm公司手中，像高通，三星，苹果这些公司需要拿到arm的授权。

另一个risc的典型处理器就是mips（MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”，Microprocessor without interlocked pipelined stages，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题；mips也是这款CPU的公司名）。mips是一个学院派的cpu，授权门槛极低，因此很多厂家都做mips或者mips衍生架构。我们平时接触到的mips架构cpu主要用在嵌入式领域，比如路由器。

目前无论mips还是arm，性能和主流x86差距都很大。不过arm胜在便宜低功耗，mips则纯计算能力很强（学院派的东西貌似都这样），它们都主要用在嵌入式设备。

三、GPU

CPU是中央处理器，GPU是图形处理器（显卡的核心）。

CPU和GPU大不相同，因为它们的设计目标不同，分别针对了两种不同的应用场景。

CPU需要很强的通用性来处理各种不同的数据类型，同时又要逻辑判断又会引入大量的分支跳转和中断的处理。这些都使得CPU的内部结构异常复杂。而GPU面对的则是类型高度统一的、相互无依赖的大规模数据和不需要被打断的纯净的计算环境。所以与CPU擅长逻辑控制，串行的运算和通用类型数据运算不同，GPU擅长的是大规模并发计算，这也正是密码破解等所需要的。因此GPU除了图像处理，也越来越多的参与到计算当中来，比如数字加密币的挖矿。

具体来说，GPU的工作大部分计算量大，但没什么技术含量，而且要重复很多很多次。就像你有个工作需要算几亿次一百以内加减乘除一样，最好的办法就是雇上几十个小学生一起算，一人算一部分，反正这些计算也没什么技术含量，纯粹体力活而已。而CPU就像老教授，积分微分都会算，但工资高，一个老教授工资顶二十个小学生。

四、SIMD、MIMD和SIMT

SIMD（Single Instruction Multiple Data，单指令流多数据流）
MIMD（Multiple Instruction Multiple Data，多指令流多数据流）
SIMT(Single Instruction,Multiple Threads单指令多线程)

在计算机体系中，数据并行有两种实现路径：MIMD和SIMD。其中MIMD的表现形式主要有多发射、多线程、多核心，在当代设计的以处理能力为目标驱动的处理器中，均能看到它们的身影。同时，随着多媒体、大数据、人工智能等应用的兴起，为处理器赋予SIMD处理能力变得愈发重要，因为这些应用存在大量细粒度、同质、独立的数据操作，而SIMD天生就适合处理这些操作。

如上所述，GPU 天生是处理并行问题的好手，在它的体系结构中融合了线程并行、指令并行、SIMD 数据并行的多种并行处理形式，它可以概括为是一个由多个多线程 SIMD 处理器组成的 MIMD 处理器。

与SIMD类似的又有SIMT。从字面定义看SIMD是指同一条指令多个数据。SIMT是同一条指令多个线程。他们共同的一个点就是同一条指令。简单来说，SIMD是一个核可以执行多个线程。SIMD的出现，是为了节省硬件资源，一条指令，可以驱动多个部件工作。但这样带来的后果就是编程比较麻烦，英伟达公司提出了SIMT，其初衷是希望硬件像SIMD一样高效，编程起来还像多核多线程一样的轻松。

SIMT是一个软件概念。

参考资料：
Intel和AMD 与 x86，ARM，MIPS有什么区别？
CPU 和 GPU 的区别是什么？
为何GPU可以用于加速人工智能或者机器学习的计算速度（并行计算能力）
SIMD数据并行（三）——图形处理单元（GPU）