很多人容易把架构和后面的电路设计搞混，其实二者差着层级。打个比方，芯片就像一家大型工厂，架构设计就是规划工厂的整体布局：生产线该怎么排列、原材料仓库放哪、运输通道留多宽、各部门怎么协作。而电路设计则是具体到每条生产线的机器怎么造、螺丝该拧几圈。
架构设计的核心任务，就是把需求规格书里的抽象指标（比如“算力达到10TOPS”“功耗低于5W”），转化为可落地的硬件组织方案。它不用管每个晶体管怎么连，却要定好“用多少个计算核心”“核心之间怎么通信”“数据存在哪里更快”这些关键问题。要是架构设计有漏洞，比如核心数量配多了导致功耗超标，或者数据通道太窄拖慢速度，后面再怎么优化电路也很难补救——这就像房子骨架歪了，再精装修也成不了安全的好房。
芯片架构不是“一家独大”，就像房子有中式、欧式、现代简约风，不同架构适应不同场景，各有各的生存之道。我们最熟悉的三大架构，就像芯片圈的“三大家族”。
✅X86架构，它是电脑领域的“老大哥”，英特尔和AMD的电脑CPU基本都用它。这架构的特点是“全能壮汉”，支持复杂指令，能一口气处理很多繁琐任务，比如运行大型设计软件、玩3A游戏时，它的多任务处理能力特别顶。但缺点也明显，就像壮汉吃得多，功耗相对较高，所以很少出现在手机这类追求长续航的设备里。
✅ARM架构，它是移动设备的“节能高手”。当年手机续航是大难题，ARM架构靠着“精简指令集”，只做最必要的计算，把功耗控制得死死的，很快成了手机芯片的标配，苹果的A系列、高通的骁龙系列都基于ARM架构。后来它还把“节能”优势延伸到平板电脑、智能手表甚至服务器领域——就像从短跑冠军练出了马拉松能力，适用性越来越广。
✅RISC-V架构，这是芯片圈的“后起之秀”，最大的标签是“开源免费”。以前用X86或ARM，得给专利方交不少授权费，而RISC-V就像开源的操作系统，大家可以免费拿来用，还能根据自己的需求修改。比如国内很多芯片企业就基于RISC-V开发物联网芯片，成本低、定制化灵活，现在在智能家电、工业控制等领域发展得特别快，被看作是打破架构垄断的希望。
架构设计师的工作看似“务虚”，实则每一步都精准落地，核心围绕四件事展开，缺一不可。
✅第一件是选“沟通语言”——指令集。指令集就是软件和硬件的“对话手册”，软件发“计算1+1”的指令，硬件得看得懂才能执行。选指令集不是看哪个先进，而是看需求：做电脑CPU就优先X86，做手机就选ARM，做低成本物联网芯片就考虑RISC-V，选对了能少走一大段弯路。
✅第二件是“分工合作”——模块划分。把芯片这个“大工厂”拆成一个个独立又协作的“部门”，比如负责计算的“CPU核心模块”、处理图像的“GPU模块”、管理数据的“存储控制模块”、连接外部设备的“接口模块”。就像手机芯片，拍照需求强就把GPU和图像信号处理模块做得更强大，游戏手机则重点强化CPU和GPU的协同。模块划分得越合理，后续研发越高效，出了问题也容易定位。
✅第三件是修“交通枢纽”——总线设计。模块之间要传递数据，总线路就像工厂里的运输通道，宽度够不够、速度快不快，直接影响整体效率。如果总线设计得太窄，就算CPU和GPU都很强，数据堵在“路上”，芯片性能也上不去。现在高端芯片都用“高速总线”，就像把乡间小路改成了高速公路，数据传输嗖嗖快。
✅第四件是建“仓库体系”——存储层次规划。芯片处理数据需要临时存东西，就像工厂的仓库。存储层次讲究“近快远多”：离计算核心最近的“寄存器”，速度快但容量小，能瞬间拿数据；往外是“缓存”，速度稍慢但容量大些；最外层是“内存接口”，连接外部内存。这样的规划能让常用数据就近取用，不常用的存到大容量区域，平衡速度和成本。比如电脑CPU的三级缓存设计，就是典型的存储层次优化。
架构设计完不是直接开工，必须过一道“生死关”——架构评审。这就像盖房前，把结构工程师、施工队、业主都叫来，一起检查图纸有没有问题。大公司的架构设计团队里面还有个叫ESL的架构仿真团队，架构设计行不行，先用软件模型模拟出来，通过仿真后才能进入到评审阶段。评审团队里有需求分析师（确认符合需求）、后端工程师（确认能做出来）、ESL专家（确认好测试性能），甚至还有市场人员（确认有竞争力）。
评审时会抠很多细节：比如“用8个核心是不是比6个核心更划算？”“总线速度提升20%会不会导致功耗超标？”“这个模块能不能复用之前的成熟设计来节省时间？”很多看似完美的架构，一到评审就会暴露问题，比如某款物联网芯片的架构，最初规划了太多接口模块，评审时发现成本会增加30%，而且大部分接口用户用不上，最后果断删减，既省了钱又降了功耗。
只有通过评审的架构，才能正式“放行”，进入下一个环节——用代码把这个“骨架”填满“肌肉”，也就是我们下一篇要讲的RTL设计与验证。如果说架构是芯片的“蓝图”，那RTL设计就是把蓝图变成“实体框架”的关键一步。
