谷仓里走出的巨头ARM 英特尔竟是最佳“辅助”?-编程之家

  ARM 的出现对英特尔 x86 处理器的地位绝对是一种挑战,而它染指这庞大的处理器市场并非亲自下手,靠着出售芯片技术授权,以此建立的 ARM 架构生态里汇聚了不少世界顶尖的半导体企业。全世界超过 95% 的智能手机和平板电脑都采用 ARM 架构,ARM 设计了大量高性价比、耗能低的 RISC 处理器、相关技术及软件。

  ARM 的由来或许与英特尔有那么点因果关系。

  Acorn RISC Machine

  1978 年 12 月 5 日,物理学家 Hermann Hauser 和工程师 Chris Curry,在英国剑桥创办了 CPU 公司(Cambridge Processing Unit),主要业务是为当地市场供应电子设备。

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  1979 年,CPU 公司改名为 Acorn 计算机公司,20 世纪 80 年代正是计算机工业蓬勃发展的时期。

  1981 年,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。起初,Acorn 公司打算使用摩托罗拉公司的 16 位芯片,但是发现这种芯片太慢也太贵,成本将近占一台电脑的五分之一。他们转而求助英特尔,希望提供 80286 芯片的设计资料,但是遭到拒绝,于是被迫自行研发。

  来自剑桥大学的计算机科学家 Sophie Wilson 和 Steve Furber 负责为 Acorn 自己的 32 位处理器设计微处理器,这是一项伟大的任务。然而公司资源匮乏,因此设计必须精良简洁。Sophie 负责 ARM1 的指令集开发,Steve 负责芯片设计。首个 ARM 设计基于 808 行 Basic 代码。

  ARM(Acorn RISC Machine)的开发项目开始于 1983 年末或 1984 年初的某个时间,这也是“ARM”的由来。第一个芯片于 1985 年 4 月 26 日递交给 Acorn。1987 年问世的 Acorn Archimedes 是第一台基于精简指令集(RISC)的家用电脑。RISC 支持的指令比较简单,所以功耗小、价格便宜,特别合适移动设备。早期使用 ARM 芯片的典型设备,就是苹果公司的牛顿 PDA。

  ARM 的诞生与 IP 商业模式

  1990 年 11 月 27 日,Acorn 公司正式改组为 ARM 计算机公司,全称为 Advanced RISC Machines Ltd。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。公司的办公地点非常简陋,就是一个位于剑桥的谷仓。

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  1991 年前后,当时给 CPU 公司提供芯片的 Robin Saxby 来到 ARM 担任 CEO 一职,他引进了 IP 商业模式,来挽救缺乏资金、业务不景气的公司。ARM 将芯片设计授权给许多半导体公司,收取前期许可费以及后期生产硅片的专利使用费。

  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。

  正是这个模式,最终使得 ARM 芯片遍地开花,ARM 也与这些公司建立了互惠互利的合作伙伴关系。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。

  1994 年,诺基亚被建议在即将推出的 GSM 手机上应用 TI 的基于 ARM 的系统设计。考虑到内存空间,诺基亚反对使用 ARM,因生产的总体系统成本有限。于是 ARM 专门开发出 16 位的定制指令集,缩减了占用的内存空间。该设计由 TI 授权并出售给诺基亚。诺基亚 6110 是第一部采用 ARM 处理器的 GSM 手机,上市后获得了极大的成功。ARM7 成为了 ARM 的旗舰移动设计,此后被授权给超过 165 家公司。自 1994 年以来这些公司生产了超过 100 亿个芯片。

  到了 1997 年底,ARM 已成为一家年营收 2660 万英镑、净收入 290 万英镑的私营公司。

  移动芯片市场的霸主

  1998 年 4 月 17 日,ARM 控股公司同时在伦敦证交所和纳斯达克上市,首次公开募股价格为每股 5.75 英镑。

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  在两地上市的原因有两点。第一,当时科技股处于泡沫期,总部主要位于美国之外,ARM 认为通过纳斯达克市场可以获得一个合理的估值。第二,ARM 的两大股东分别是美国公司和英国公司,同时 ARM 希望能留住 Acorn 既有的英国股东。

  21 世纪初,整个行业遭遇崩盘,股票市场上的整体股票价减少近八九成,ARM 收入也因此急剧下降,不过比起其他公司,ARM 还是实现了盈利目标,且无任何负债或财务不良情况。ARM 进入不按季度发展的新时代,谨慎规划了企业未来 5 年的路线图,并开始实施长期计划。

  2001 年,Warren East 被任命为 ARM 的 CEO,而 Robin Saxby 接任 ARM 主席。成为标准处理器架构的愿景正在实现。

  微处理器的尺寸变得非常小以至于其仅占用芯片的一小部分区域,所以接踵而来的问题是,如何在单芯片或系统级芯片 (SoC) 解决方案上构建基于软件的系统,尽管与专有处理器架构维护相关的投资和拥有成本十分巨大。大多数公司缺乏能够自行构建微处理器的设计团队,或者缺少使微处理器有效运行所需的工具。这就是为什么微处理器率先使用 IP 许可证模型的主要原因之一,ARM 产品也就因此被应用于越来越多的 SoC,特别是在快速增长的手机市场,ARM 逐渐成为了事实上的标准。

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  时间来到 2007 年,iPhone 的出现和 App Store 的迅速崛起,让全球移动应用彻底绑定在 ARM 指令集上。紧接着,2008 年,谷歌推出了 Android 系统,也是基于 ARM 指令集。至此,智能手机进入了飞速发展阶段,ARM 也因此奠定了在智能手机市场的霸主地位。同年,ARM 芯片的出货量达到了一百亿颗。

  2011 年微软宣布,下一版 Windows 将正式支持 ARM 处理器,这是计算机工业发展历史上的一件大事,标志着 x86 处理器的主导地位发生动摇。

  有趣的是,英特尔在 ARM 成名之路上总扮演着推波助澜的角色。90 年代,高通向英特尔投来合作意愿,但英特尔认为手机市场太小就拒绝了。之后苹果因 iPhone 也想找英特尔合作,结果还是以相同理由被拒,移动市场这块大蛋糕注定不属于英特尔

  2016 年 7 月 18 日,日本软银集团以 320 亿美元收购了 ARM,至此,ARM 成为软银集团旗下的全资子公司。

  ARM 的成功有偶然的机遇当然还在于当时少见的 IP 商业模式,诠释了“合作共赢”理念的真谛,这与英特尔是不一样的路,却也走出了相同的辉煌。