1978 年,一家名字叫 CPU 的公司,悄悄在英国剑桥诞生。
 
不要惊讶,这个 CPU,和我们经常所说的电脑里那个 CPU 是两回事。
 
Central Processing Unit,中央处理器
 
CPU 公司的全称,是 Cambridge Processor Unit,字面意思是“剑桥处理器单元”。
 
CPU 公司的创始人,是一个名叫 Hermann Hauser 的奥地利籍物理学博士,还有他的朋友,一个名叫 Chris Curry 的英国工程师。
 
Hermann Hauser 和 Chris Curry
 
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,在经营逐渐进入轨道之后,这家公司给自己换了个名字,叫做 Acorn Computer Ltd。
 
Acorn 是什么意思?橡子。对,就是冰河世纪里面,那只松鼠一直在追的那个东东。
 
 
Acorn Computer Ltd 公司的商标,里面就有一个橡子。
 
 
之所以叫 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。

 

 
一开始,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。
 
于是,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。然而,英特尔冰冷地拒绝了他们。
 
 
备受打击的 Acorn 公司,一气之下决定自己干,自己造芯片。(这个桥段是不是很熟悉?)
 
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 Acorn RISC Machine。
 
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?
 
前面说过,他们是基于“简化指令集”技术做出的芯片。RISC 的意思,就是简化指令集计算机,Reduced Instruction Set Computer。
 
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。
 
简单来说,CISC 任务处理能力强, 适合桌面电脑和服务器。RISC 通过精简 CISC 指令种类,格式,简化寻址方式,达到省电高效的效果,适合手机、平板、数码相机等便携式电子产品。
 
 
当时研发出来的第一款处理器芯片的型号,被定为 ARM1。
 
我们来对比一下 ARM1 和当时 Intel 的 80286 处理器(也就是常说的 286):
 
 
可以看出来,ARM1 和 80286 各有所长。
 
但是,就在同一年,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
 
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,Acorn 为了和苹果合作,专门成立了一家公司,名叫 ARM。
 
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:Acorn RISC Machine
 
现在的公司名称:Advanced RISC Machines
 
ARM 是一家合资公司,苹果投了 150 万英镑,芯片厂商 VLSI 投了 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。
 
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。
 
注意!下面这段是重点!
 
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 Message Pad
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 首先迎来了一个大客户——诺基亚 Nokia。
 
当时,诺基亚被建议在即将推出的 GSM 手机上使用德州仪器的系统设计,而这个设计是基于 ARM 芯片的。
 
因为内存空间的问题,诺基亚一开始对 ARM 是拒绝的。
 
为此,ARM 专门开发出 16 位的定制指令集,缩减了占用的内存空间。
 
就这样,诺基亚 6110 成为了第一部采用 ARM 处理器的 GSM 手机,上市后获得了极大的成功。
 
Nokia 6110,相信有不少人用过或见过

 

 
ARM 后来又跟着推出了 ARM7 等一系列芯片,授权给超过 165 家公司。随着移动手机的井喷式普及,ARM 赚得盆满钵满,不亦乐乎。
 
1998 年 4 月 17 日,业务飞速发展的 ARM 控股公司,同时在伦敦证交所和纳斯达克上市。
 
ARM 在纳斯达克上市
 
在 ARM 公司上市之后,处于后乔布斯时代的苹果公司,逐步卖掉了所持有的 ARM 股票,把资金投入到 ipod 产品的开发上。
 
鉴于苹果研究人员对 ARM 芯片架构非常熟悉,ipod 也继续使用了 ARM 芯片。
 
Apple ipod
 
众所周知,在乔帮主的带领下,ipod 取得了巨大的商业成功。
 
这还没完,2007 年,真正的划时代产品出现了。
 
那就是 iPhone。
 
苹果 iPhone 的出现,彻底颠覆了移动电话的设计,开启了全新的时代。
 
第一代 iPhone,使用了 ARM 设计、三星制造的芯片。
 
Iphone 的热销,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(安卓)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,就连传统 Wintel 联盟(windows+intel)的微软,也宣布 Windows8 平台将支援 ARM 架构。
 
 
想必英特尔一定是连肠子都悔青了。
 
其实,正是英特尔一步一步将 ARM 送上了如今无法取代的位置。90 年代,高通想和英特尔合作,英特尔认为手机市场太小,拒绝了合作。后来,苹果的第一代 iPhone 一开始也想和英特尔合作,英特尔还是以相同的理由拒绝了。结果,移动设备市场被英特尔拱手让人,现在想追也追不回来了。
 
2010 年 6 月中,苹果公司向 ARM 董事会表示有意以 85 亿美元的价格收购 ARM 公司,但遭到 ARM 董事会的拒绝。
 
2016 年 7 月 18 日,曾经投资阿里巴巴的孙正义和他的日本软银集团,以 243 亿英镑(约 309 亿美元)收购了 ARM 集团。
 
孙正义
 
至此,ARM 成为软银集团旗下的全资子公司。不过,软银集团表示,不会干预或影响 ARM 未来的商业计划和决策。
 
最后,小枣君觉得有必要和大家简单介绍一下 ARM 的产品体系。这一块确实有点乱,很多业内人士都容易混淆。
 
ARM11 芯片之前,每一个芯片对应的架构关系如下:
 
实际的芯片型号并不止这些
 
ARM11 芯片之后,也就是从 ARMv7 架构开始,ARM 的命名方式有所改变。
 
新的处理器家族,改以 Cortex 命名,并分为三个系列,分别是 Cortex-A,Cortex-R,Cortex-M。呵呵,发现了没,三个字母又是 A、R、M。

 

 
Cortex-A 系列(A:Application)
针对日益增长的消费娱乐和无线产品设计,用于具有高计算要求、运行丰富操作系统及提供交互媒体和图形体验的应用领域,如智能手机、平板电脑、汽车娱乐系统、数字电视等。
 
Cortex-A 系列
 
Cortex-R 系列 (R:Real-time)
针对需要运行实时操作的系统应用,面向如汽车制动系统、动力传动解决方案、大容量存储控制器等深层嵌入式实时应用。
 
Cortex-R 系列
 
Cortex-M 系列(M:Microcontroller) 
该系列面向微控制器领域,主要针对成本和功耗敏感的应用,如智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、家用电器、消费性产品和医疗器械等。
 
Cortex-M 系列
 
其实,除了上述三大系列之外,还有一个主打安全的 Cortex-SC 系列(SC:SecurCore),主要用于政府安全芯片。
 
好啦,讲了那么多,来做个总结!
 
总之,ARM 之所以能有今天的地位,既有外部的机遇因素,也有内部的战略因素。
 
他们选择了一条和英特尔截然相反的道路。英特尔一直以来坚持的是重资产的、封闭的全产业链商业模式,而 ARM 是轻资产的、开放的合作共赢模式。
 
对 ARM 来说,合作伙伴的成功就意味着自己的成功。与 ARM 开展业务往来的每家公司均与 ARM 建立了“双赢”的共生关系。
 
ARM 合作社区包含 1200 多位伙伴
 
ARM 在低功耗方面的 DNA,刚好赶上了移动设备爆发式发展的时代,最终造就了它的辉煌。
 
在即将到来的万物互联时代,可以预见,ARM 极有可能取得更大的成功。
 
不知道大家从 ARM 的故事里学到了什么。我有几点体会如下:
 
1 人被逼急了,什么都干得出来。
 
2 你一直自以为的弱点,很可能是你的优点。
 
3 如果你干不过你的对手,就想办法团结更多的朋友。
 
好啦,今天就到这里。感谢大家的耐心观看!
 
下期再见!