答疑解惑：为啥arm架构比x86 x64省电？

cslehe

1、设计理念不同
最好的性能和最低的功耗就犹如鱼和熊掌不能兼得，X86从诞生之初就是为了高性能而诞生的。所以，X86在设计之初就是为了高性能目标，自然省电就放在比较低的位置了。而ARM则是以低功耗为出发点的，自然省电是最重要的。下面看看在CPU设计阶段和功耗相关的有几个要素：
①、运行频率(时钟信号)
时钟信号每变化一次，芯片里面的门电路自然必须加电压做一次0/1切换，同时，需要执行的指令或者I/0操作都可以在这个时钟周期里调入CPU执行。而这一切就需要消耗电能。所以，时钟信号变化越快，不管你有没有指令调入CPU执行，CPU都在高速运转待命。就好比跑车发动机保持高转速待命。这里说的时钟信号变化就是CPU运行频率。所以，设计的运行频率越高，自然功耗越大。
X86处理器设计之初就是为了高性能，省电只是兼顾。所以，它的最高运行频率都很高。而且每个内核都一样。当然，为了兼顾省电，也设计有动态频率功能。intel的睿频就是这样的功能，它在电脑普通使用时会降低频率省电，在繁忙时时，升高频率使用。但它设计的起点频率就不低，毕竟电脑的不繁忙(普通使用)和手机的不繁忙(待机)是两个概念。
ARM处理器设计之初就是为了更省电，毕竟嵌入式等设备并不会要求非常高的性能。所以，ARM处理器特意设计了大核、小核共同使用。当设备运行不繁忙时，小核工作，大核心休息。当设备运行繁忙时，大核心和小核心可以一起工作。这样设计可以大大降低功耗。所以就算ARM的大核的运行频率很高，使用到机会却不多。
②、模块待机省电
我们都知道X86处理器在处理乱序执行能力方面远高于ARM处理器。因为，用户使用电脑的操作是非常随机，根本无法预测的。所以，X86芯片在设计时，为了满足这种特性，加强了乱序指令的执行，这就导致了一个耗电问题。这样必须保持处理器的所有子模块都在开启状态，不能随便进入关闭状态来省电。只有当用户按下休眠或者待机键时，才可以让CPU部分子模块进入关闭状态。
ARM处理器就不同了，嵌入式设备通常功能比较单一。就算是现在功能强大的手机，也只有那么小的屏幕，同一时间段都还是比较简单。所以，ARM没必要为了加强乱序指令处理能力。因为用到它的时候不多。如果玩复杂游戏时需要用到，ARM也考虑到了，就将乱序处理执行的事交给大核处理就行了。这样，就可以做到平时使用很省电了。
★在芯片设计时，除了这些考虑，还有浮点运算、单指令多数据等等一系列复杂运算。X86都把它设计到处理器里面了，使得X86处理器的结构变得比较复杂，自然更耗电很多。而ARM则没有，很多复杂的指令都转换成简单指令来处理，因为这些指令在嵌入式设备里用到时间不多。所以，ARM处理器结构比较简单。
2、制程工艺也有差别
众所周知，制程工艺的纳米数越低，性能越高，功耗越低。目前中高端手机上的ARM处理器都已经到7nm，5nm制程工艺了。而英特尔的X86处理器依然还在14nm、10nm徘徊，功耗自然也比较高。而AMD最新的X86 CPU，已经采用台积电7nm制程，功耗明显就下来很多。当然，前面讲的X86 芯片设计目标是高性能，也使得同样制程，X86芯片依然会更耗电一些。
3、ARM的高性能CPU，功耗一样很高
ARM处理器一旦设计方向往高性能发展，功耗同样很高，甚至超过英特尔。下面我们看看近期ARM的高性能服务器CPU。
2017年高通也发布过一款10nm服务器Centriq 2400芯片。采用10nm工艺，48个核心。性能也很强劲，但功耗TDP也飙升到120W。
2019年华为的鲲鹏920也是ARM架构的服务器CPU。里面集成64个核心。广泛用于华为泰山服务器。功耗TDP也高达200W
2020年3月，安晟培 半导体公司发布了Ampere Altra处理器。它是一个搭载了80个内核的服务器CPU，性能要在数据中心芯片领域向英特尔和AMD发起挑战。但是功耗TDP也直接飙升到210W。电视机黑屏是什么故障
总之，ARM和X86、X64从设计开始就朝着不同的方向设计的。ARM是朝着低功耗去设计的，X86、X64都是朝着高性能去设计的。所以，ARM的能耗自然就比X86、X64更少，但是，如果ARM也走高性能路线，功耗一样会非常高。看看高通、华为、安晟培 的服务器CPU就知道了。