ARM 電腦的特色與優點：你需要知道的一切

最後更新： 18/05/2025
作者： 丹尼爾·特拉薩（Daniel Terrasa）

  • ARM 架構以其節能和靈活性而著稱，具有簡單而強大的 RISC 理念。
  • ARM 電腦具有電池壽命長、功耗低以及與作業系統和軟體相容性強等功能。
  • 市場趨勢表明 ARM 的擴張範圍將超越行動設備，征服筆記型電腦、桌上型電腦和伺服器。
ARM

本文邀請您沉浸在迷人的宇宙中 ARM計算機。我們將仔細研究它們的歷史、工作原理、實際用途、與其他架構（如英特爾和 AMD 的 x86）的差異以及它們的優點和缺點。

就在幾十年前，如果有人提到「處理器」這個詞，首先想到的就是像 Intel英特爾 o AMD，以其著名的PC晶片而聞名。然而，近年來，一個新的參與者在該領域嶄露頭角，徹底改變了我們理解電腦、手機和各種數位設備的方式： ARM處理器。但這種架構背後到底是什麼？ 與其他傳統處理器相比，它的真正優勢是什麼？

ARM 處理器如何運作？與 x86 的主要原理和區別

ARM 架構的關鍵在於 指令集的簡單性和效率。基於 RISC 理念，ARM CPU 在單一時脈週期內執行非常基本的操作（加法、減法、資料移動、跳轉等），而不是像 CISC（英特爾和 AMD 的 x86 的典型特徵）那樣執行複雜而長的指令。這意味著 ARM 晶片可以 更少的電晶體，這又意味著：

  • 降低能耗。
  • 減少產生的熱量。
  • 降低製造成本。

在較新的設計（例如 ARMv8 和 ARMv9）中， ARM 處理器可以在 32 位元和 64 位元模式下運作。，在日常任務中匹敵甚至有時超越其 x86 競爭對手的處理能力。這 核心客製化 允許每個製造商添加特定的單元、擴展緩存、添加圖形協處理器或人工智慧等。

還有兩種操作模式：

  • ARM模式：32 位元指令，最大功率和性能
  • 拇指模式：16位元壓縮指令，功耗更低，程式碼密度更高，非常適合記憶體受限的設備

簡單並不意味著缺乏力量： ARM 的當前版本具有先進的管道、管線、分支預測和多核心。，非常接近最好的 x86 晶片的性能，特別是在能源效率至關重要的任務中。

ARM計算機

ARM計算機的主要特點

要充分了解配備 ARM 處理器的電腦的特殊之處，我們必須了解其所有功能。 技術特徵在硬體和邏輯架構層面：

  • RISC架構：指令簡單，執行速度快，電晶體更少
  • 核心客製化：製造商可以修改設計，整合圖形、人工智慧、安全性等。
  • 超低能耗：非常適合沒有主動冷卻系統的便攜式設備和設備
  • 32 位元和 64 位元相容性：最新一代支援這兩種技術，從而提高了速度和記憶體容量。
  • 快取和記憶體效率：整合優化的L1/L2快取和資料匯流排
  • 擴展指令支持：Thumb 模式、SIMD 支援（NEON）、浮點單元以及最新型號中的人工智慧擴展
  • 開放許可證：任何人都可以透過支付設計許可來開發自己的基於 ARM 的晶片。這導致了產品的種類繁多，並引發了製造商之間的競爭。
  • 廣泛的作業系統相容性：Android、iOS、Windows、Linux、macOS（在最新的 Mac 上）等等
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在使用層面上， ARM晶片的普及並不限於手機和平板電腦。；越來越多的 ARM 電腦、筆記型電腦、迷你電腦、伺服器甚至超級電腦都依賴其效率和可擴展性。

ARM 計算機相對於英特爾和 AMD 的優勢

ARM架構相對於傳統x86處理器（Intel和AMD）的優點是相當明顯的。其優點包括：

  • 無與倫比的能源效率: 用電量 更小，這意味著 延長筆記型電腦的電池壽命並降低伺服器的電費。一些最新一代 ARM 晶片的功耗僅為 1W，而傳統 x15 晶片的功耗則為 45-86W。
  • 冷卻變簡單：透過產生更少的熱量， 它們不需要強大的風扇或複雜的散熱系統。這使得無風扇設計、更薄、更安靜的外殼成為可能。
  • 最低製造價格：更少的電晶體和矽，更容易大規模生產， 降低成本並實現價格實惠的計算機的製造.
  • 靈活性和客製化製造商可以根據各種需求創建客製化晶片，從非常小的物聯網設備到高效能電腦。
  • 不斷更新：廠商之間的競爭（蘋果、高通、三星、聯發科、NVIDIA等） 推動創新並持續提高績效和效率.
  • 多平台支持：ARM 電腦與 Android、Linux、Chrome OS、Windows 10/11 和 macOS 相容的情況很常見，這提供了 為開發人員和使用者提供極大的多功能性.

這些優勢解釋了 為什麼 ARM 已經征服了行動世界，並在筆記型電腦、可轉換電腦、迷你電腦和伺服器領域展開激烈競爭。 Apple Silicon 晶片在 Mac 中的應用證明了功率和電池壽命之間可以實現良好的平衡，為其他製造商效仿鋪平了道路。

ARM-3計算機功能

目前的主要缺點和局限性

當然，這也不全然是優點。 ARM 計算機也存在需要考慮的限制。:

  • 軟體相容性有限：許多應用程式（尤其是那些為 x86 設計的應用程式） 它們無法在 ARM 上原生運行。雖然有模擬系統（例如 Apple 的 Rosetta 2 或 Windows 上的 Prism）， 性能可能會受到影響.
  • 在某些情況下降低原始功率：在非常嚴苛的任務（專業影片編輯、極限遊戲、CAD、進階虛擬化）中，ARM 晶片 它們通常落後於最好的 x86.
  • 依賴優化：為 充分利用它，開發人員必須為 ARM 建立其應用程式的特定版本。
  • 硬體和零件供應減少： 雖然 正在迅速變化，目前有 市場上 100% 相容 ARM 的組件和配件選擇較少尤其是在歐美。
  • 遊戲和自訂方面的限制：遊戲 PC 通常需要專用 GPU、更多 RAM 和可升級性，而這些在 ARM 上的限制比在 x86 平台上更嚴格。
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然而，隨著製造商和開發商越來越依賴 ARM，這些限制的趨勢會隨著時間的推移而減少。

ARM 處理器的類型和技術演變

ARM 生態系統有多個變體和系列，從最早的 16 位元和 32 位元晶片到針對伺服器、桌上型電腦和高階筆記型電腦的最新 64 位元晶片。讓我們看看其中的主要內容：

  • ARM1、ARM2、ARM3：歷史先驅，廣泛應用於早期個人電腦與嵌入式系統
  • ARM6、ARM7、ARM9、ARM11：功率和效率的逐步發展，具有整合快取、多媒體支援以及 SIMD 和 Thumb 指令的出現
  • StrongARM 和 XScale：由 DEC 和 Intel 授權的晶片，在 2000 世紀的 PDA、手機和工業設備中非常流行
  • Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M：當今最相關的家庭。 Cortex-A 適用於通用應用（智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦），具有單核心和多核心版本、NEON、TrustZone 和多媒體功能。 Cortex-R 適用於即時系統（汽車、自動化），Cortex-M 適用於低功耗、經濟高效的微控制器。
  • 蘋果矽：Apple 自己的基於 ARM 的晶片，從 M1 到 M3，具有 Pro、Max 和 Ultra 版本，在運行 macOS 的筆記型電腦和桌上型電腦上性能處於領先地位。
  • 金魚草：高通的旗艦系列，廣泛應用於手機，現在也用於搭載 Snapdragon X Elite 和新款 Copilot+ PC 的超極本和筆記型電腦。
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ARM-1計算機功能

ARM 上的作業系統和軟體相容性

一個關鍵方面是 軟體相容性特別是在桌面作業系統和應用程式：

  • Android和iOS：系統從一開始就針對 ARM 進行設計，確保在手機和平板電腦上的兼容性和良好的性能。
  • Linux：廣泛支援 Ubuntu、Debian、Arch Linux、Kali、Gentoo、Oracle Linux 等發行版以及 BSD（FreeBSD、NetBSD、OpenBSD）。
  • MacOS自 2020 年以來，搭載 Apple Silicon 的 Mac 僅在 ARM 上運行，大多數應用程式都是使用 Rosetta 2 移植或模擬的。
  • 適用於 ARM 的 Windows 10 和 11：改進的版本支援本機應用程式和 x86 仿真，特別是得益於 Windows 11 Copilot+ 及其 Prism 引擎。
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ARM 計算機目前面臨的最大挑戰仍然是 桌面應用程式相容性。雖然許多流行的應用程式已經有原生 ARM 版本，但仍有一些專門的軟體需要模擬或未經優化。

市場和最相關的 ARM 計算機製造商

如今，有幾家公司和設備在 ARM 電腦市場中脫穎而出，成為潮流引領者：

  • Apple：其 MacBook、iMac、Mac Mini 和 Mac Studio 是基於 Apple Silicon。此外，iPhone、iPad、Apple Watch 和 Apple TV 也使用 ARM。
  • Microsoft微軟：Surface Pro X 和 Surface Copilot+ 系列中的 ARM 電腦代表了雷德蒙德的承諾，對 Windows 提供原生支援並進行了最佳化。
  • 高通公司：行動電話領域的領導者 金魚草目前已應用於搭載 Snapdragon X Elite 和 Copilot+ PC 的超極本和筆記型電腦。
  • Google：Chromebook 上的 Chrome 作業系統，具有超長的電池壽命和 Android 應用相容性。
  • 三星、惠普、宏碁、聯想：他們提供配備 ARM 晶片和預裝 Windows 11 ARM 的筆記型電腦、平板電腦和可轉換電腦，優先考慮自主性和輕量級設計。
  • 樹莓派：這個創客平台將 ARM 帶給了數百萬用戶，促進了程式設計、機器人技術和物聯網的發展。

ARM 與 x86

ARM 和 x86（Intel/AMD）之間的主要區別

對許多人來說，主要問題是：ARM 處理器與 Intel 或 AMD x86 處理器有何不同？

  • 指令類型：ARM採用RISC，指令簡潔、簡短； x86 是CISC，具有複雜而長的指令。
  • 每瓦性能：ARM 在能源效率方面表現出色，非常適合電池和被動系統； x86 原始功率可滿足高要求任務的要求。
  • 建築：ARM是模組化、可客製化的，x86是比較封閉、同質化的。
  • 軟件兼容性：x86 擁有數十年的原生軟體，但 ARM 在應用程式和跨平台方面發展迅速。
  • 目標市場：ARM 在行動、物聯網領域佔據主導地位，並在筆記型電腦和伺服器領域不斷發展；個人電腦、遊戲和傳統裝置上的 x86。

ARM 電腦的未來：我們能期待什麼？

El ARM 的未來 它正在成為筆記型電腦、可轉換電腦、迷你電腦以及越來越多的桌上型電腦和伺服器的一個非常均衡的選擇。關鍵在於激勵開發人員優化應用程式並改進仿真，同時保持功率和效率的創新。

蘋果繼續憑藉其矽片和封閉的生態系統引領潮流，而微軟、谷歌和其他製造商則押注於擴大 ARM 的兼容性和性能。 趨勢是設備越來越輕，具有強大的自主性，並且性能足以滿足 90% 的日常使用需求。，而將 x86 的原始功能留在背景。

ARM 正在徹底改變運算領域，它 已經從手機領域的主角轉變為電腦和伺服器上越來越重要的選擇。 選擇具有 ARM 核心的設備可以保證高效、多功能以及充滿創新的未來。