ARM是一家偉大的半導體技術授權公司。
ARM是英國最頂尖的科技公司之一,它曾經被《福布斯》評選為世界五大最具創新公司之一,全世界超過95%的智能手機和平闆電腦都是采用ARM的架構,其中包括蘋果A系列處理器、骁龍、華為麒麟處理器。2014年基于ARM技術的全年全球出貨量是120億顆,2016的出貨量是167億顆,從誕生到2017年之初,基于ARM架構的芯片總量累計950億顆。單單從數量上來說,lntel也隻能望塵莫及。
ARM的起源
1978年,當中國的深圳還是一個小漁村的時候,在千裡之外的英國,Hermann Hauser和Chris Curry在英國劍橋創立了Acorn計算機有限公司,Acorn就是ARM的母公司,最初的Acorn并不是做半導體技術授權的,他們做的第一個項目是基于6502微處理器研發水果機,而且6502并不是由Acorn研發的處理器,世界上第一台商用電腦Apple I(還有Apple II)就是采用的這款處理器,在此之後,Acorn通過6502處理器接到了更多的項目,為公司以後項目的開展提供了資金支持。
之後,Acorn的發展策略發生了一些轉變,和蘋果一樣,Acorn也研發出了基于6502處理器的個人計算機-BBC微型機,BBC微型機是給英國廣播公司BBC研發的電腦。BBC微型機賣的異常火爆,有多火爆呢?我們看一組數據就知道了,1983年的時候,Acorn的利潤隻有4800美元,而從開始銷售BBC微型機開始,Acorn的利潤達到了驚人的13600000美元。12年之後,BBC微型機的銷量達到了150萬台,這在當時電腦并不普及的年代俨然就是一個奇迹,這也是ARM最原始的資本積累。
共性:ARM和APPLE都是各自領域老大,他們做的第一款個人電腦都是采用的6502處理器,而且做出的産品都是轟動世界的,且都為他們以後的壯大賺取了豐厚的利潤。ARM和的成功或許與當初采取了穩定、廉價的6502處理器有關吧,如果當時采用的處理器不夠穩定,ARM和做出的産品或許會有太多的bug,以此形成惡性循環,就不會有動辄百萬的銷售量,或許它們會被扼殺在搖籃裡,更不要提現在的iPhone了。
随着時間的流逝,6502處理器以不能滿足Acorn的要求,而幾乎所有的Acorn項目都是基于6502來實現的,最開始Acorn并不打算自己生産處理器,但是通過對比市場上所有的處理器之後,Acorn發現沒有一款處理器能滿足自己的要求,于是它們決定設計自己的處理器,在1985年,Acorn RISC處理器ARM1研發成功,并且能順利工作,而且這一款處理器是完全通過手工設計的,之後Acorn又研發出了ARM1的升級版。到1987年,第一台完全基于ARM的計算機Acorn Archimedes正式發布。
ARM正式成立當蘋果公司在生産Macintosh的時候,蘋果的高級技術團隊曾聯系過Acorn,但是由于ARM2的很多指令與Macintosh有沖突,蘋果不得已放棄ARM2,不過ARM卻給蘋果留下了好印象,因為在測試當中,它的功耗相當讓人滿意。幾年之後,蘋果在研發Newton項目的時候再一次找到了Acorn,因為蘋果的Newton對功耗、性能、價格要求都非常嚴格,而Acorn的ARM處理器很符合蘋果的要求,于是Acorn和蘋果的合作開始了,為了更專一研發産品,在蘋果和Acorn等公司雄厚的資金支持之下,決定獨立出一個全新的公司-ARM。終于在1990年,ARM公司成立了,很難想象芯片大佬ARM竟然是一個“90後”。
ARM架構
ARM從成立之初就不是自己做芯片的,它所做的是做一個架構,這個架構哪一個公司都可以用,但是要經過ARM授權,還要繳納一定的授權費用,說到架構,又可以細分為兩種,分别為指令架構和處理器架構,像聯發科、骁龍、三星的處理器,無論是指令架構和處理器架構都全部采用ARM的架構,但是蘋果稍有不同,他隻采用了ARM的指令架構而沒有采用處理器架構。
都說華為的麒麟芯片是自己生産的,其實要真的從嚴格意義上來說隻是稍作了整合,因為生産一顆芯片需要4個過程:指令集──架構──整合──制程,麒麟的指令集和架構是采用的ARM,所謂的制程就是生産芯片,這個過程華為都交給了台積電,而華為做的是整合,這個整合需要的技術含量也不高,它隻是把ARM的的片内資源和片上外設(屏幕、按鍵等硬件資源)做了定制,也就是我可以按照我的意圖修改芯片的設置了,不要看這個簡單的過程,國内能做到這一步的公司真是鳳毛麟角。
ARM最新内核主要有三個系列,Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M。發現了嗎?A、R、M正好和ARM重合。
Cortex-A系列多用于應用與跑操作系統的産品,比如說我們所使用的手機、平闆、數碼相機等對計算能力有要求的産品,它的時鐘頻率一般都上G,而且需要海量的内存(RAM),它不同于一般單片機的是,Cortex-A可以處理大量的應用程序,同時還要運行龐大的操作系統,比如安卓、iOS手機操作系統。就目前而言,手機、平闆市場已經完全被ARM的Cortex-A内核所統治。至少我現在所知道的所有智能手機皆采用的ARM的架構。
而Cortex-M用于微控制器領域,相比于Cortex-A,Cortex-M的成品價格要低很多,而且Cortex-M系列的時鐘運行速度不及Cortex-A的十分之一,它的運行内存不及Cortex-A的千分之一,它的用途主要是一些小家電,比如風扇、充電器、小音箱等。這裡的芯片多以STM32系列為主,STM32是意法半導體公司的芯片,所采用的就是ARM-Cortex-M架構,采用Cortex-M不止意法半導體一家,世界上前20大半導體公司均取得了ARM的授權。筆者學習的STM32就是Cortex-M内核,給我的複雜指數是5顆星,不建議新人直接學習是STM32,你學的可能不是Cortex-M内核,而是從入門到放棄,如果時間夠可以先學習Arduino或者51。
以ARM為架構的産品涵蓋了我們生活的方方面面,ipad、iPhone、安卓手機、冰箱、空調等凡是你能想到的電子産品裡面幾乎都有ARM的影子。且它的影響力還在不斷擴大,在10年之前或許還不這麼明顯,但是在今天ARM絕對是主流,就說我們做電子研發的吧,學習ARM已經成為了大多數電子工程師的必修課,隻要對于稍微要求性能的項目,考慮更多的肯定是ARM處理器(STM32為主)。因為在高性能領域我們用ARM已經習慣了。
小屏幕到大屏幕的進階lntel曾經試圖進軍移動市場,但都以失敗告終,因為ARM在移動端的地位已經不可撼動,沒有哪一個廠商去冒險采用lntel的處理器,現在lntel已經宣布徹底退出移動市場。PC端一直是lntel和AMD的天下,但是這種情況或許在2019年發生改變,因為ARM最新架構Cortex-A76是一種全新的架構,相比于前一代(主要應用在手機上如蘋果的A11),提升可以提高35%的性能,且可以支持8K查看體驗。
最重要的是現在Cortex-A76可以為筆記本電腦提供動力,Cortex-A76在提升35%性能的同時,還節省了40%的能耗,上一代Cortex-A可以拿iPhone X的A11處理器為例來和lntel來做一個比較。
如果ARM能在PC端市場分得一杯羹,那麼lntel的芯片行業頭把交椅的位子可能就坐不穩了,到時候ARM就會在所有電子領域全面開花,在芯片領域,ARM或将“一統天下”!
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