ARM故事：起源、歷程和發(fā)展

ARM回顧：起源、歷程和發(fā)展

1978年：劍橋一家名字叫“CPU”的公司

1978年，一家名字叫“CPU”的公司，悄悄在英國(guó)劍橋誕生。

這家CPU公司的全稱，是Cambridge Processor Unit，字面意思是“劍橋處理器單元”。

CPU公司的創(chuàng)始人，是一個(gè)名叫Hermann Hauser的奧地利籍物理學(xué)博士，還有他的朋友，一個(gè)名叫Chris Curry的英國(guó)工程師。

創(chuàng)業(yè)1：賭博機(jī)

CPU公司成立之后，主要從事電子設(shè)備設(shè)計(jì)和制造的業(yè)務(wù)。他們接到的第一份訂單，是制造賭博機(jī)的微控制器系統(tǒng)。

1979年，在經(jīng)營(yíng)逐漸進(jìn)入軌道之后，這家公司給自己換了個(gè)名字，叫做Acorn Computer Ltd。

Acorn是什么意思？橡子。對(duì)，就是冰河世紀(jì)里面，那只松鼠一直在追的那個(gè)東東。

有一個(gè)有趣的說(shuō)法，之所以叫Acorn，就是因?yàn)樗麄兿朐陔娫掽S頁(yè)里排在Apple（蘋(píng)果）公司的前面。。。

創(chuàng)業(yè)2：英國(guó)政府項(xiàng)目-學(xué)習(xí)機(jī)

到了1981年，公司迎來(lái)了一個(gè)難得的機(jī)遇——英國(guó)廣播公司BBC打算在整個(gè)英國(guó)播放一套提高電腦普及水平的節(jié)目，他們希望Acorn能生產(chǎn)一款與之配套的電腦。

這個(gè)計(jì)劃非常宏大，英國(guó)政府也參與其中（購(gòu)機(jī)費(fèi)的一半將由政府資助），電腦一旦采購(gòu)，將進(jìn)入英國(guó)的每一間教室。

接下這個(gè)任務(wù)之后，Acorn就開(kāi)始干了起來(lái)。結(jié)果，很快他們就發(fā)現(xiàn)，自己產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)并不能滿足需求。當(dāng)時(shí)，中央處理器的發(fā)展潮流，正在從8位變成16位。Acorn并沒(méi)有合適的芯片可以用。

學(xué)習(xí)機(jī)挑戰(zhàn)1：摩托羅拉CPU又貴又慢

一開(kāi)始，他們打算使用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體和摩托羅拉公司的16位芯片。但是，經(jīng)過(guò)評(píng)估后，他們發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)缺陷：

第一，芯片的執(zhí)行速度有點(diǎn)慢，中斷的響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)。

第二，售價(jià)太貴，一臺(tái)500英鎊的電腦，處理器芯片就占到100英鎊。

于是，他們打算去找當(dāng)時(shí)如日中天的英特爾（Intel），希望對(duì)方提供一些80286處理器的設(shè)計(jì)資料和樣品。然而，英特爾冰冷地拒絕了他們。

備受打擊的Acorn公司，一氣之下決定自己干，自己造芯片。（這個(gè)橋段是不是很熟悉？科普：ARM到底是一家什么樣的公司？）

學(xué)習(xí)機(jī)挑戰(zhàn)2：引入U(xiǎn)CSB的簡(jiǎn)化指令集

當(dāng)時(shí)，Acorn公司的研發(fā)人員從美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校找到了一個(gè)關(guān)于新型處理器的研究——簡(jiǎn)化指令集，恰好可以滿足他們的設(shè)計(jì)要求。

在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多年的艱苦奮斗，來(lái)自劍橋大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家Sophie Wilson和Steve Furber最終完成了微處理器的設(shè)計(jì)。Sophie Wilson和Steve Furber前者負(fù)責(zé)指令集開(kāi)發(fā)，后者負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)。

ARM芯片名稱@1985：Acorn RISC Machine

對(duì)于這塊芯片，Acorn給它命名為Acorn RISC Machine。

這就是大名鼎鼎的“ARM”三個(gè)字母的由來(lái)。

Acorn是公司名稱，Machine是機(jī)器，那RISC是什么意思呢？

前面說(shuō)過(guò)，他們是基于“簡(jiǎn)化指令集”技術(shù)做出的芯片。

RISC：Reduced Instruction Set Computer的意思，就是簡(jiǎn)化指令集計(jì)算機(jī)，。

ARM指令集類型@RISC：Reduced Instruction Set Computer

這里解釋一下，到底“簡(jiǎn)化指令集”有什么意義。

它是相對(duì)于“復(fù)雜指令集（CISC，complex instruction set computer）”的一個(gè)概念。

早期的處理器都是CISC架構(gòu)（包括英特爾的處理器），隨著時(shí)間推移，有越來(lái)越多的指令集加入。由于當(dāng)時(shí)編譯器的技術(shù)并不純熟，程序都會(huì)直接以機(jī)器碼或是組合語(yǔ)言寫(xiě)成，為了減少程序的設(shè)計(jì)時(shí)間，逐漸開(kāi)發(fā)出單一指令，復(fù)雜操作的程序代碼。設(shè)計(jì)師只需寫(xiě)下簡(jiǎn)單的指令，再交給CPU去執(zhí)行。

但是后來(lái)有人發(fā)現(xiàn)，整個(gè)指令集中，只有約20％的指令常常會(huì)被使用到，大約占了整個(gè)程序的80％；剩余80％的指令，只占了整個(gè)程序的20％。（典型的二八原則）

于是，1979年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson教授提出了RISC的想法，主張硬件應(yīng)該專心加速常用的指令，較為復(fù)雜的指令則利用常用的指令去組合。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，CISC任務(wù)處理能力強(qiáng)，適合桌面電腦和服務(wù)器。RISC通過(guò)精簡(jiǎn)CISC指令種類，格式，簡(jiǎn)化尋址方式，達(dá)到省電高效的效果，適合手機(jī)、平板、數(shù)碼相機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品。

當(dāng)時(shí)研發(fā)出來(lái)的第一款處理器芯片的型號(hào)，被定為?ARM1。

在ARM1之后，Acorn陸續(xù)推出了好幾個(gè)系列，例如ARM2，ARM3。

ARM公司名稱@1990：Advanced RISC Machines

時(shí)間又繼續(xù)往前推移。

1990年，Acorn為了和蘋(píng)果合作，專門成立了一家公司，名叫ARM。

注意，這里的ARM是公司名稱，不是芯片名稱。這個(gè)ARM的完全拼寫(xiě)也不一樣，是Advanced RISC Machines。

前面的芯片名稱：Acorn RISC Machine

現(xiàn)在的公司名稱：Advanced RISC Machines

ARM三大股東@1990：Acorn、蘋(píng)果、VLSI

ARM是一家合資公司，蘋(píng)果投了150萬(wàn)英鎊，芯片廠商VLSI投了25萬(wàn)英鎊，Acorn本身則以150萬(wàn)英鎊的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和12名工程師入股。

盡管如此，ARM的起步還是比較寒酸。他們最開(kāi)始的辦公地點(diǎn)，是一個(gè)谷倉(cāng)。。。

在成立后的那幾年，ARM業(yè)績(jī)平平，工程師們也人心惶惶，害怕隨時(shí)都會(huì)失業(yè)。

在這個(gè)情況下，ARM決定改變他們的產(chǎn)品策略——他們不再生產(chǎn)芯片，轉(zhuǎn)而以授權(quán)的方式，將芯片設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)讓給其他公司，即“Partnership”開(kāi)放模式。

ARM三大授權(quán)方式誕生：處理器、POP以及架構(gòu)授權(quán)

沒(méi)想到正是這種模式，開(kāi)創(chuàng)了屬于ARM的全新時(shí)代。

ARM所采取的是IP（Intellectual Property，知識(shí)產(chǎn)權(quán)）授權(quán)的商業(yè)模式，收取一次性技術(shù)授權(quán)費(fèi)用和版稅提成。

具體來(lái)說(shuō)，ARM有三種授權(quán)方式：處理器、POP以及架構(gòu)授權(quán)。

一、處理器授權(quán)：是指授權(quán)合作廠商使用ARM設(shè)計(jì)好的處理器，對(duì)方不能改變?cè)性O(shè)計(jì)，但可以根據(jù)自己的需要調(diào)整產(chǎn)品的頻率、功耗等。

二、POP（processor optimization pack，處理器優(yōu)化包）授權(quán)：是處理器授權(quán)的高級(jí)形式，ARM出售優(yōu)化后的處理器給授權(quán)合作廠商，方便其在特定工藝下設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出性能有保證的處理器。

三、架構(gòu)授權(quán)：是ARM會(huì)授權(quán)合作廠商使用自己的架構(gòu)，方便其根據(jù)自己的需要來(lái)設(shè)計(jì)處理器（例如后來(lái)高通的Krait架構(gòu)和蘋(píng)果的Swift架構(gòu)，就是在取得ARM的授權(quán)后設(shè)計(jì)完成的）。

ARM IP商業(yè)與創(chuàng)新：授權(quán)費(fèi)、版稅、技術(shù)服務(wù)

所以，授權(quán)費(fèi)和版稅就成了ARM的主要收入來(lái)源。除此之外，就是軟件工具和技術(shù)支持服務(wù)的收入。

對(duì)于半導(dǎo)體公司來(lái)說(shuō)，授權(quán)費(fèi)和版稅到底有多少呢？一次性技術(shù)授權(quán)費(fèi)用在100萬(wàn)-1000萬(wàn)美元之間，版稅提成比例一般在1%-2%之間。

正是ARM的這種授權(quán)模式，極大地降低了自身的研發(fā)成本和研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。它以風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、利益共享的模式，形成了一個(gè)以ARM為核心的生態(tài)圈，使得低成本創(chuàng)新成為可能。

ARM早期大客戶：GEC、TI、apple

當(dāng)ARM提出這種合作模式之后，開(kāi)始了嘗試——

1991年，ARM將產(chǎn)品授權(quán)給英國(guó)GEC Plessey半導(dǎo)體公司。

1993年，ARM將產(chǎn)品授權(quán)給Cirrus Logic和德州儀器（Texas Instruments，TI）。

與德州儀器的合作，給ARM公司帶來(lái)了重要的突破。而且，也給ARM公司樹(shù)立了聲譽(yù)，證實(shí)了授權(quán)模式的可行性。

此后，越來(lái)越多的公司參與到這種授權(quán)模式中，與ARM建立了合作關(guān)系。其中就包括三星、夏普等公司。

在此基礎(chǔ)上，ARM堅(jiān)定了授權(quán)模式的決心，并著手設(shè)計(jì)更多性價(jià)比高的產(chǎn)品。

1993年，蘋(píng)果公司推出了一款新型掌上電腦產(chǎn)品——Newton。ARM公司開(kāi)發(fā)的ARM6芯片被用于該產(chǎn)品之中。

現(xiàn)在被認(rèn)為是PDA和智能手機(jī)的鼻祖

但是很遺憾，因?yàn)镹ewton技術(shù)過(guò)于超前，加上一些用戶體驗(yàn)上的缺陷，所以未能被市場(chǎng)接受，后來(lái)以失敗告終。

但ARM積累了經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)改良技術(shù)。沒(méi)過(guò)多久，ARM迎來(lái)了自己的黃金機(jī)遇——移動(dòng)電話時(shí)代來(lái)臨了。

ARM+Nokia：創(chuàng)造移動(dòng)電話黃金時(shí)代

ARM迎來(lái)了一個(gè)大客戶——諾基亞Nokia。

當(dāng)時(shí)，諾基亞被建議在即將推出的GSM手機(jī)上使用德州儀器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而這個(gè)設(shè)計(jì)是基于ARM芯片的。

因?yàn)閮?nèi)存空間的問(wèn)題，諾基亞一開(kāi)始對(duì)ARM是拒絕的。

為此，ARM專門開(kāi)發(fā)出16位的定制指令集，縮減了占用的內(nèi)存空間。

就這樣，諾基亞6110成為了第一部采用ARM處理器的GSM手機(jī)，上市后獲得了極大的成功，成為當(dāng)年的機(jī)皇。

ARM后來(lái)又跟著推出了ARM7等一系列芯片，授權(quán)給超過(guò)165家公司。隨著移動(dòng)手機(jī)的井噴式普及，ARM賺得盆滿缽滿，不亦樂(lè)乎。

1998年4月17日，業(yè)務(wù)飛速發(fā)展的ARM控股公司，同時(shí)在倫敦證交所和納斯達(dá)克上市。

在ARM公司上市之后，處于后喬布斯時(shí)代的蘋(píng)果公司，逐步賣掉了所持有的ARM股票，把資金投入到iPod產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上。

鑒于蘋(píng)果研究人員對(duì)ARM芯片架構(gòu)非常熟悉，iPod也繼續(xù)使用了ARM芯片。

眾所周知，在喬幫主的帶領(lǐng)下，iPod取得了巨大的商業(yè)成功。

ARM+Apple：創(chuàng)造移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、iPhone、ARM指令集的黃金時(shí)代

2007年，真正的劃時(shí)代產(chǎn)品出現(xiàn)了。

那就是iPhone。

蘋(píng)果iPhone的出現(xiàn)，徹底顛覆了移動(dòng)電話的設(shè)計(jì)，開(kāi)啟了全新的時(shí)代。

第一代iPhone，使用了ARM設(shè)計(jì)、三星制造的芯片。

Iphone的熱銷，App Store的迅速崛起，讓全球移動(dòng)應(yīng)用徹底綁定在ARM指令集上。

緊接著，2008年，谷歌推出了Android（安卓）系統(tǒng)，也是基于ARM指令集。

至此，智能手機(jī)進(jìn)入了飛速發(fā)展階段，ARM也因此奠定了在智能手機(jī)市場(chǎng)的霸主地位。

同年，ARM芯片的出貨量達(dá)到了一百億顆。

2011年，就連傳統(tǒng)Wintel聯(lián)盟（Windows+Intel）的微軟，也宣布Windows8平臺(tái)將支援ARM架構(gòu)。

英特爾的懊悔：一拒高通、二拒蘋(píng)果，拱手讓給ARM

想必英特爾一定是連腸子都悔青了。

因?yàn)椋怯⑻貭栆徊揭徊綄RM送上了如今無(wú)法取代的位置。90年代，高通想和英特爾合作，英特爾認(rèn)為手機(jī)市場(chǎng)太小，拒絕了合作。后來(lái)，蘋(píng)果的第一代iPhone一開(kāi)始也想和英特爾合作，英特爾還是以相同的理由拒絕了。結(jié)果，移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)被英特爾拱手讓人，現(xiàn)在想追也追不回來(lái)了。

投胎日本1：被軟銀309億美元收購(gòu)

2010年6月中，蘋(píng)果公司向ARM董事會(huì)表示有意以85億美元的價(jià)格收購(gòu)ARM公司，但遭到ARM董事會(huì)的拒絕。

2016年7月18日，曾經(jīng)投資阿里巴巴的孫正義和他的日本軟銀集團(tuán)，以243億英鎊（約309億美元）收購(gòu)了ARM集團(tuán)。

至此，ARM成為軟銀集團(tuán)旗下的全資子公司。不過(guò)，當(dāng)時(shí)軟銀集團(tuán)表示，不會(huì)干預(yù)或影響ARM未來(lái)的商業(yè)計(jì)劃和決策。

投胎日本2：ARM+FUJITS聯(lián)手造“富岳”（Fugaku），超“頂峰”（Summit）

在2020年6月22日，國(guó)際超算大會(huì)發(fā)布最新一期的全球超算TOP500榜單。其中，日本超算“富岳”（Fugaku）超越美國(guó)“頂峰”（Summit）登頂榜首。作為史上第一臺(tái)基于ARM芯片的全球超算冠軍，富岳雖然其性能達(dá)到上屆冠軍“頂峰”的2.8倍，但仍然屬于十億億次級(jí)別超算。

ARM架構(gòu)新命名：Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M

ARM11芯片之后，也就是從ARMv7架構(gòu)開(kāi)始，改以Cortex命名，并分為三個(gè)系列，分別是Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M。呵呵，發(fā)現(xiàn)了沒(méi)，三個(gè)字母又是A、R、M。

Cortex-A系列（A：Application）

針對(duì)日益增長(zhǎng)的消費(fèi)娛樂(lè)和無(wú)線產(chǎn)品設(shè)計(jì)，用于具有高計(jì)算要求、運(yùn)行豐富操作系統(tǒng)及提供交互媒體和圖形體驗(yàn)的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能手機(jī)、平板電腦、汽車娛樂(lè)系統(tǒng)、數(shù)字電視等。

Cortex-R系列 （R：Real-time）

針對(duì)需要運(yùn)行實(shí)時(shí)操作的系統(tǒng)應(yīng)用，面向如汽車制動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)解決方案、大容量存儲(chǔ)控制器等深層嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用。

Cortex-M系列（M：Microcontroller）

該系列面向微控制器領(lǐng)域，主要針對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用，如智能測(cè)量、人機(jī)接口設(shè)備、汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)、家用電器、消費(fèi)性產(chǎn)品和醫(yī)療器械等。

Cortex-SC系列（SC：SecurCore）

其實(shí)，除了上述三大系列之外，還有一個(gè)主打安全的（SC：SecurCore），主要用于政府安全芯片。

小結(jié)：輕資產(chǎn)、開(kāi)放合作、共贏

總之，ARM之所以能有今天的地位，既有外部的機(jī)遇因素，也有內(nèi)部的戰(zhàn)略因素。

他們選擇了一條和英特爾截然相反的道路。英特爾一直以來(lái)堅(jiān)持的是重資產(chǎn)的、封閉的全產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)模式，而ARM是輕資產(chǎn)的、開(kāi)放的合作共贏模式。

對(duì)ARM來(lái)說(shuō)，合作伙伴的成功就意味著自己的成功。與ARM開(kāi)展業(yè)務(wù)往來(lái)的每家公司均與ARM建立了“雙贏”的共生關(guān)系。

ARM 合作社區(qū)包含 1200 多位伙伴

ARM在低功耗方面的DNA，剛好趕上了移動(dòng)設(shè)備爆發(fā)式發(fā)展的時(shí)代，最終造就了它的輝煌。

在即將到來(lái)的萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代，可以預(yù)見(jiàn)，ARM極有可能取得更大的成功。

不知道大家從ARM的故事里學(xué)到了什么，我有幾點(diǎn)體會(huì)如下：

1 人被逼急了，什么都干得出來(lái)。

2 你一直自以為的弱點(diǎn)，很可能是你的優(yōu)點(diǎn)。

3 如果你干不過(guò)你的對(duì)手，就想辦法團(tuán)結(jié)更多的朋友。

（致謝：轉(zhuǎn)載并重新改編自小棗君同學(xué)）

ARM 硬件開(kāi)發(fā)

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