关于CPU的讨论常常将一种指令集架构（ISA）与另一种架构进行比较——例如x86与Arm、Arm与RISC-V等等。然而，在单个系统中采用多种CPU架构是很常见的，无论是单个系统级芯片（SoC），还是像PC、汽车甚至数据中心这样的大型电子平台。纵观电子工业的历史，从来没有单一的CPU架构选择，因为没有两个处理工作负载是完全相同的。

每种架构在软件支持、复杂性、灵活性、功耗和成本方面都有其自身的优缺点。因此，利用多种CPU架构来处理不同的工作负载或功能已成为一种常见的做法，就像使用不同的加速器（例如数字信号处理器 (DSP)、图形处理器 (GPU)、神经处理器 (NPU) 和现场可编程门阵列 (FPGA)）来处理特定功能一样。CPU或加速器的选择会随着行业趋势而变化，而人工智能 (AI) 的出现无疑带来了颠覆性的变革。

人工智能正在改变业界对计算的设想。它要求从最大的云服务器到最小的嵌入式设备，每瓦性能都呈指数级增长。这正在推动规模、效率、灵活性以及对不断变化的、以开源为先的软件生态系统的支持方面出现新的动态变化。因此，从芯片到服务提供商，整个行业都在寻求独特的解决方案，而这些解决方案往往包含不同的架构。

计算的演变

在计算机发展的早期，x86架构是首选，它由英特尔开发，并由AMD和英特尔共同推进发展。两家公司最终于2024年开始合作，共同开发未来的指令集架构（ISA）增强功能，以确保向前兼容性和软件支持。虽然x86仍然是PC和通用服务器的主流架构，但它现在与日益壮大的RISC（精简指令集计算机）架构生态系统共存，而且通常在同一系统或SoC中。许多x86 SoC集成了用于安全、人工智能和电源管理的辅助RISC内核。x86架构的关键优势之一是，大多数PC和服务器应用程序都是为其设计的，从而提供了良好的软件兼容性。x86架构也用于许多嵌入式应用，但规模远小于其他更节能的架构。

无论从应用领域还是市场规模来看，Arm 都是领先的处理器架构。Arm 是移动设备、消费类应用/物联网、汽车以及几乎所有其他领域的主要架构。Arm 架构最初因其体积小、性能高效而备受青睐，如今更拥有规模庞大的硬件和软件生态系统。

Arm 最初取代了早期的嵌入式 CPU 架构，例如 MIPS 和摩托罗拉的 68k 和 88k CPU。在 20 世纪 90 年代和 21 世纪初，Arm 成为嵌入式处理领域领先的 RISC 架构，其应用范围涵盖无线控制器到各种特定处理功能单元，包括定制专用集成电路 (ASIC) 和 x86 处理器。到了 21 世纪末，Arm 又取代了许多其他架构，例如 SPARC 和 PowerPC，这些架构广泛应用于数据中心，例如网络和存储。在过去的十年中，Arm 解决了许多软件兼容性难题，使其成为 PC 和服务器领域可靠的 x86 替代方案。

Arm架构目前驱动着所有苹果PC、越来越多的Windows PC、来自Ampere、富士通、华为、英伟达等厂商的众多服务器处理器，以及包括阿里巴巴、亚马逊、谷歌、Meta、微软和腾讯在内的所有超大规模服务提供商开发的定制处理器。相比之下，2024年x86处理器的出货量在2.5亿至3亿颗之间（其中一些带有嵌入式RISC内核），而Arm处理器的出货量预计将达到290亿颗，并在云计算和数据中心应用中占据越来越大的份额。

第三种处理器架构是 RISC-V，这是一种开源指令集架构 (ISA)，任何人都可以使用和修改。虽然 RISC-V 的应用范围涵盖从微控制器 (MCU) 到 AI 加速器等各个领域，但预计 2024 年出货的约 10 亿个内核中，大部分是深度嵌入式应用。RISC-V 内核被用于英特尔和高通这两家最大的 x86 和 Arm 处理器厂商的处理器中，用于执行特定的类 MCU 功能。然而，它也与其他 CPU 和 DSP 架构展开竞争，例如 Synopsys 的 Arc、Cadence 的 Tensilica 和 MIPS。尽管人们对 RISC-V 架构表现出极大的兴趣，但其软件工具和支持仍然落后于 Arm 和 x86。RISC-V 很像 Arm 早期与 MIPS 和摩托罗拉竞争时的状态，目前仍在构建生态系统和原生软件支持。不过，RISC-V 的开放许可允许在 ISA 级别进行完全定制，这使其在定制嵌入式功能方面极具吸引力。

其他架构仍然存在，尽管应用范围有所缩小。Power 架构是 PowerPC 架构的演进版本，专为高性能大型机而设计，目前仍在开发中，并被 IBM 继续使用。Sun Microsystems 开发的 SPARC 架构仍然用于一些服务器和航天应用。MIPS 架构也仍然用于一些微控制器 (MCU) 应用。即使在这些细分领域，采用多种架构的异构系统也越来越常见。

转向多架构

为了满足人工智能时代的需求，每家公司和每一种架构都在快速发展。RISC-V 硬件和软件生态系统也在持续壮大。AMD 和 Intel 已开始开发不同性能级别的 x86 CPU 内核，为服务器提供更多 SoC 配置，并为大型客户提供一定程度的定制服务。

Arm 已在其丰富的 CPU 内核、GPU 内核和系统 IP 产品组合中新增了完整的预验证计算子系统 (CSS)，并通过 Arm Total Design 构建业界通用的芯片生态系统，以支持更广泛的芯片应用和更异构计算解决方案的创建。此外，Arm 生态系统中的许多行业领导者持续创新，开发定制的 Arm 兼容 CPU 设计，以满足特定应用对最高性能效率的需求。最终的 SoC 也常常采用定制和标准 Arm CPU 内核的混合方案。

随着半导体行业努力满足人工智能对性能效率的需求，并向基于芯片组的未来处理器和片上系统 (SoC) 转型，在同一芯片设计中使用多种 CPU 架构的情况可能会变得更加普遍。虽然芯片组目前主要用于高端计算机应用，但它们最终也会应用于嵌入式系统。在人工智能和芯片组时代，问题不再是哪种 CPU 架构会胜出，而是它们如何协同工作