RISC和CISC指令集對晶片性能影響重要嗎？

我們看科技新聞的時候經常會看到指令集三個字，這是什麼？又該如何理解呢？對晶片會有什麼樣的影響呢？這裡我們就來簡單說一說。

大家都知道電腦是靠晶片來執行命令和運算的，而晶片的本質是一堆電晶體並不認識我們發出的指令，對於人來說1和0這樣的命令同樣是災難。

於是慢慢就發展成了現在這樣，程式設計師用高級語言編程實現一個個複雜的功能，程序經過編譯形成晶片能識別的命令，來告訴晶片要做什麼，怎麼做。

這個晶片里用來計算和控制計算機系統的指令的集合就是所謂的指令集，而每一種晶片在設計時就規定了一系列與其他硬體電路相配合的指令系統，比如Intel用的X86指令集系統。

不同的指令集架構對同一個運算的執行效率是不同的，就比如下面的C=A+B 這樣一個簡單的表達式。

上面這些指令集結構都是CISC（Complex Instruction Set Computer）複雜指令計算機架構，1980年前後，幾乎所有處理器設計都是遵照CISC的路線發展，大名鼎鼎的Intel也是這時期崛起的，X86指令集也是CISC。

採用複雜指令系統的晶片可以實現很複雜的指令，但是有幾個問題：首先設計負責，需要較高的集成度，而這種高集成度還會使得功耗較高，然後每個指令執行時間不一致，流水作業比較難，會有不必要的等待，總之，執行效率低。

因為複雜指令集的問題存在，就有人提出了RISC(Reduced Instruction Set Computer)，精簡指令集計算機。

特點是所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的，並且採用流水線技術。

比如我們現在看到的IBM公司的PowerPC（主要用在伺服器領域以及部分遊戲主機）、龍芯用的MIPS以及現在如日中天的ARM都屬於RISC。

採用精簡指令的晶片用事實證明了自己的強大，Intel都推出了相應的產品80860，然而這個產品並不受歡迎，因為它無法兼容原來的80286,80386等產品上的軟體，當時的Intel已經有了廣泛的應用，人們顯然對於兼容性更看重。

Intel在CISC的道路上越走越遠，直到今日，當然Intel的指令集也在不斷優化，也吸收了一些RISC的優點(RISC的ARM也引進過Thumb指令集，也算是學CISC的)。

眾所周知的是Intel和Microsoft的結盟使得Intel的晶片銷售幾乎處於壟斷地位，Intel的營收節節攀升變成了巨無霸，龐大的研發支出使得Intel的處理器微架構提升非常快，而微架構性能的提升使得指令集的劣勢越來越不明顯。

Intel後來還涉及過Arm的產品，這就是Intel的XScale，不過在智慧型手機崛起之前將他出售給了Marvell。

我們也可以看出現在大規模商用晶片的指令集不管RISC還是CISC都在融合優化，單純的討論哪個更好意義已經不大。

在國際高性能計算機體系結構大會上，來自美國威斯康辛大學的一個研究小組做了一個測量分析報告，報告數據顯示CISC與RISC在指令集架構層面上的差異已經可以忽略了，由先進的微架構和物理設計、工藝實現帶來的改進足以掩蓋指令集架構層面的劣勢。

也就是說現在決定晶片性能的主要因素是微架構（Microarchitecture）和晶片的製程工藝，我們以現在最常見的手機晶片來舉例說明。

ARM的Cortex-A53、Cortes-A72、高通的Krait，這些都是微架構，他們用的指令集（同）是一樣的，但是性能差別卻很大，這個差別取決於微架構的設計。

有些人可能會注意到去年iPhone 6S發布時關於三星14nm與台積電16nm的CPU哪個更好的爭論，這就是工藝製程，不同代的工藝製程差別非常大。

因為篇幅的原因，關於微架構與晶圓製程的內容我們下次再說。