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一文带你了解ARM的发展历程

发布时间:2024-05-20 发布时间:
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ARM公司既不生产芯片也不销售芯片,它只出售芯片技术授权。却做到了在手持设备市场上占有90%以上的份额。软银在2016年耗资300多亿美元拿下ARM,使得本来就大红大紫的ARM公司,再一次窜到了业界人士的面前。ARM这家不生产芯片却也能数钱数到手抽筋的公司到底有着怎样的发展史。1978年,CPU公司悄悄在英国剑桥诞生。


这个CPU指的不是电脑里面的CPU芯片,而是跟它有一样字母的公司,可能很多人并不是很熟悉。

Central Processing Unit,中央处理器

CPU公司的全称:Cambridge Processor Unit,字面意思是“剑桥处理器单元”。

CPU公司的创始人:奥地利籍物理学博士Hermann Hauser和他的朋友,英国工程师Chris Curry。

Hermann Hauser和Chris Curry

发展应该是这样的↓

1978

Hermann Hauser 和 Chris Curry等人创立了Acorn计算机公司。

1982

Acorn计算机公司推出了BBCMicro计算机,这是欧洲第一台畅销的个人计算机。

1985

Acorn与合作伙伴推出了ARM1芯片,以此作为其未来个人计算机的中枢。

1990

苹果公司投资ARM,以保证其Newton手持计算机的芯片供应,这个不切实际的设备以失败而告终。

1998

诺基亚基于ARM设计的畅销帮助它成了全世界最大的手机生产商。

…………

不过~

CPU公司成立之后,主要从事电子设备设计和制造的业务。他们接到的第一份订单,是制造赌博机的微控制器系统。。。

这个微控制器系统被开发出来后,称之为Acorn System 1。

Acorn System 1

1979年,这家公司给自己换了个名字——Acorn Computer Ltd。

Acorn是什么意思?橡子。

Acorn Computer Ltd公司的商标里面就有一个橡子。

没错,就是冰河世纪里面,那只松鼠一直在追的那个东东。

关于Acorn,还有一个有趣的说法,就是因为他们想在电话黄页里排在Apple(苹果)公司的前面……

在Acorn System 1之后,他们又陆续开发了System 2、3、4,还有面向消费者的盒式计算机——Acorn Atom。

Acorn Atom

到了1981年,公司迎来了一个难得的机遇——英国广播公司BBC打算在整个英国播放一套提高电脑普及水平的节目,他们希望Acorn能生产一款与之配套的电脑。

这个计划非常宏大,英国政府也参与其中(购机费的一半将由政府资助),电脑一旦采购,将进入英国的每一间教室。

接下这个任务之后,Acorn就开始干了起来。

结果,很快他们就发现,自己产品的硬件设计并不能满足需求。当时,中央处理器的发展潮流,正在从8位变成16位。Acorn并没有合适的芯片可以用。

起初,他们打算使用美国国家半导体和摩托罗拉公司的16位芯片。但是,经过评估后,他们发现了两个缺陷:

第一

芯片的执行速度有点慢,中断的响应时间太长。

第二

售价太贵,一台500英镑的电脑,处理器芯片就占到100英镑。

他们打算去找当时如日中天的英特尔(Intel),希望对方提供一些80286处理器的设计资料和样品。但是,却遭到了拒绝。

备受打击的Acorn公司,一气之下决定自己干,自己造芯片。(嗯,这个桥段好像很熟悉……)

当时,Acorn公司的研发人员从美国加州大学伯克利分校找到了一个关于新型处理器的研究——简化指令集,恰好可以满足他们的设计要求。

在此基础上,经过多年的艰苦奋斗,来自剑桥大学的计算机科学家Sophie Wilson和Steve Furber最终完成了微处理器的设计。

Sophie Wilson和Steve Furber

前者负责指令集开发,后者负责芯片设计。

对于这块芯片,Acorn给它命名为AcornRISCMachine。

嗯,这就是大名鼎鼎的“ARM”三个字母的由来。

Acorn是公司名称,Machine是机器,那RISC是什么意思呢?

RISC的全称是"精简指令集计算机"(reducedinstructionset computer),它支持的指令比较简单,所以功耗小、价格便宜,特别适合移动设备。早期使用ARM芯片的典型设备,就是苹果公司的牛顿PDA。

注意:

前方灰色字体高能预警

非技术控请直接跳过

这里解释一下,到底“简化指令集”有什么意义。

它是相对于“复杂指令集(CISC,complex instruction set computer)”的一个概念。

早期的处理器都是CISC架构(包括英特尔的处理器),随著时间推移,有越来越多的指令集加入。由于当时编译器的技术并不纯熟,程序都会直接以机器码或是组合语言写成,为了减少程序的设计时间,逐渐开发出单一指令,复杂操作的程序代码。设计师只需写下简单的指令,再交给CPU去执行。


但是后来有人发现,整个指令集中,只有约20%的指令常常会被使用到,大约占了整个程序的80%;剩余80%的指令,只占了整个程序的20%。(典型的二八原则)

于是,1979年美国加州大学伯克利分校的David Patterson教授提出了RISC的想法,主张硬件应该专心加速常用的指令,较为复杂的指令则利用常用的指令去组合。


1985年10月,英特尔发布了80386。在80386面前,ARM1就只有被吊打的份了。

Intel 80386

32位,27.5万个晶体管,频率为12.5MHz,后提高到33MHz

让ARM直接在性能上和x86系列硬杠,显然是不现实的。ARM有意无意地选择了与Intel不同的设计路线——Intel持续迈向x86高效能设计,ARM则专注于低成本、低功耗的研发方向。


扯远了,继续回来说BBC要的那款电脑。

前面说了,BBC在1981年就提出需求,如果等到1985年ARM1出来,那岂不是黄花菜都凉了?


所以,在ARM1问世之前,Acorn其实已经提供了解决方案给BBC。

当时,Acorn的电脑,临时采用了MOS 6502处理器(由MOS科技研发的8位微处理器)。

MOS 6502处理器

这款电脑一开始取名Proton,后来被改名为BBC Micro。

BBC Micro

到了 1984 年,大约80%的英国学校都配有这款电脑。Acorn公司彻底在大英帝国老百姓面前刷了一把存在感。

后来,ARM处理器被研发出来之后,用在了BBC Micro的后续型号中。

BBC Micro电脑里面的ARM芯片

在ARM1之后,Acorn陆续推出了好几个系列,例如ARM2,ARM3。

时间又继续往前推移。

1990年11月27日,Acorn公司正式改组为ARM计算机公司。苹果公司出资150万英镑,芯片厂商VLSI出资25万英镑,Acorn本身则以150万英镑的知识产权和12名工程师入股。

LOGO可以说是相当简洁了

注意:这里的ARM是公司名称,不是芯片名称。这个ARM的完全拼写也不一样,是Advanced RISC Machines。

前面的芯片名称:AcornRISC Machine

现在的公司名称:AdvancedRISC Machines

尽管如此,ARM的起步还是比较寒酸。他们最开始的办公地点,是一个谷仓……

不过,谷仓的内部环境还算不错。

在成立后的那几年,ARM业绩平平,工程师们也人心惶惶,害怕随时都会失业。

在这个情况下,ARM决定改变他们的产品策略——他们不再生产芯片,转而以授权的方式,将芯片设计方案转让给其他公司,即“Partnership”开放模式。

没想到正是这种模式,开创了属于ARM的全新时代。

ARM 32位嵌入式RISC(Reduced lnstruction Set Computer)处理器扩展到世界范围,占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。

重点来啦~

ARM所采取的是IP(Intellectual Property,知识产权)授权的商业模式,收取一次性技术授权费用和版税提成。

具体来说,ARM有三种授权方式:处理器、POP以及架构授权。

处理器授权是指授权合作厂商使用ARM设计好的处理器,对方不能改变原有设计,但可以根据自己的需要调整产品的频率、功耗等。

POP(processor optimization pack,处理器优化包)授权是处理器授权的高级形式, ARM出售优化后的处理器给授权合作厂商,方便其在特定工艺下设计、生产出性能有保证的处理器。

架构授权是ARM会授权合作厂商使用自己的架构,方便其根据自己的需要来设计处理器(例如后来高通的Krait架构和苹果的Swift架构,就是在取得ARM的授权后设计完成的)。

所以,授权费和版税就成了ARM的主要收入来源。除此之外,就是软件工具和技术支持服务的收入。

对于半导体公司来说,授权费和版税到底有多少呢?一次性技术授权费用在100万-1000万美元之间,版税提成比例一般在1%-2%之间。

正是ARM的这种授权模式,极大地降低了自身的研发成本和研发风险。它以风险共担、利益共享的模式,形成了一个以ARM为核心的生态圈,使得低成本创新成为可能。

当ARM提出这种合作模式之后,开始了尝试:

1991年,ARM将产品授权给英国GEC Plessey半导体公司。

1993年,ARM将产品授权给Cirrus Logic和德州仪器(Texas Instruments,TI)。

与德州仪器的合作,给ARM公司带来了重要的突破。而且,也给ARM公司树立了声誉,证实了授权模式的可行性。

此后,越来越多的公司参与到这种授权模式中,与ARM建立了合作关系。其中就包括三星、夏普等公司。

在此基础上,ARM坚定了授权模式的决心,并着手设计更多性价比高的产品。

1993年,苹果公司推出了一款新型掌上电脑产品——Newton。ARM公司开发的ARM6芯片被用于该产品之中。

Apple Newton MessagePad

现在被认为是PDA和智能手机的鼻祖

但是很遗憾,因为Newton技术过于超前,加上一些用户体验上的缺陷,所以未能被市场接受,后来以失败告终。

但ARM积累了经验,继续改良技术。没过多久,ARM迎来了自己的黄金机遇——移动电话时代来临了。

ARM首先

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ARM发展历程英国剑桥

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