Arm的40歲 不惑之年開(kāi)啟的新選擇

確定IP技術(shù)發(fā)布的日期有時(shí)是一項挑戰，尤其是英國處理器內核IP設計商 ARM。不過(guò)有證據可查的是第一款Arm內核處理器是在1985年4月26日在英國劍橋的Acorn上流片的，我們暫且將這個(gè)時(shí)間作為Arm真正進(jìn)入IC設計領(lǐng)域的原點(diǎn)。

ARM1是Acorn繼BBC Micro家用電腦成功之后自主開(kāi)發(fā)的處理器。它由Sophie Wilson和Steve Furber開(kāi)發(fā)。當日這顆處理器流片前在設計和制造方面已經(jīng)進(jìn)行了好幾個(gè)月的開(kāi)發(fā)，而且硅片最后花了好幾個(gè)月才回到劍橋。

“它的設計制造成本低廉，由于設計對微處理器的功率要求非常低，使其成為小型設備成功的基礎，”倫敦科學(xué)博物館助理館長(cháng)Cait Scott說(shuō)?！癆pple在其第一個(gè)個(gè)人數字助理1993年的Apple Newton Message Pad中使用了ARM，現在絕大多數智能手機里都有Arm內核在工作，已經(jīng)交付的Arm內核智能手機處理器超過(guò)了300億顆。如果沒(méi)有 Sophie Wilson，我們就不會(huì )擁有今天的便攜式計算能力，“她說(shuō)。

Acorn RISC處理器ARM1的32位數據中有26位地址空間。雖然它標志著(zhù)Arm指令集架構的首次使用，但它可能并不是業(yè)界所知的ARM架構的真正開(kāi)始。

第一個(gè)使用后繼IP ARM2的產(chǎn)品是1986年發(fā)布的ARM開(kāi)發(fā)系統。該系統用作BBC Master 計算機的輔助處理器，包括ARM2處理器、三顆支持芯片、4 MB RAM和具有BBC BASIC增強版的開(kāi)發(fā)工具。這為開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)平臺來(lái)探索和利用架構的功能。

1987年，Acorn Computers 推出了Archimedes系列，這是第一臺基于該架構構建的個(gè)人計算機。這些機器集成了ARM2處理器和支持芯片組，在個(gè)人計算市場(chǎng)中提供了顯著(zhù)的性能改進(jìn)。ARM3處理器于1989年推出，在架構中引入了4 KB緩存，進(jìn)一步增強了性能，但仍具有26位地址空間。

隨后Acorn分拆出來(lái)了一家公司Advanced RISC Machines，該公司在1990年擁有12名工程師，但沒(méi)有Wilson或Furber。這家公司作為Apple和芯片制造商VLSI Technology聯(lián)合注資的企業(yè)，Robin Saxby于1991年2月被聘為首席執行官，其模式是向芯片制造商授權，而不是自己制造芯片。在這家公司成立的6年后推出了ARM1991，它首次完全支持32位處理，并包括一個(gè)內存管理單元（MMU）以使其成為一個(gè)完整的微處理器。這是Arm7處理器的基礎，該處理器隨后成為90年代中后期GSM手機芯片的旗艦設計，從諾基亞 6110 開(kāi)始，取得了巨大的商業(yè)成功。

ARMv7架構于2005年首次亮相，搭載Arm Cortex-A8處理器，該處理器成為21世紀開(kāi)始流行的世界上第一款智能手機的基礎。當今大約99%的智能手機都是基于 ARM 技術(shù)構建的。ARMv7 顯著(zhù)擴展了單指令多數據 （SIMD） 擴展，通常稱(chēng)為 NEON，用于更高效地處理多媒體和信號處理應用程序。Saxby 于 2001 年退休，并由 Warren East 接任首席執行官，直到 2013 年。

2011年誕生了具有可擴展向量擴展（SVE）的64位ARMv2 架構，以及2021年出現的具有SVE2和面向AI的可擴展矩陣擴展（SME）的ARMv9架構。Armv8 架構中的SVE專(zhuān)為高性能計算和 ML 工作負載而設計，而SVE2擴展了指令集，使數據處理超越了這些領(lǐng)域，涵蓋計算機視覺(jué)、多媒體和 AI 工作負載。例如，SVE2 出現在基于最新 MediaTek 天璣 9400 芯片組的人工智能旗艦智能手機中，該芯片組結合了矢量指令以改進(jìn)視頻和圖像處理能力，從而產(chǎn)生更高質(zhì)量的照片和更持久的視頻。SME可加速生成式AI和常見(jiàn)的ML工作負載，提供更快、響應速度更快、更智能的沉浸式體驗。它還提供了一個(gè)通用指令集，允許開(kāi)發(fā)人員在其應用程序上獲得出色的性能，然后跨生態(tài)系統無(wú)縫遷移。

在這段發(fā)展歷程中，ARM還擴展到其他領(lǐng)域，從TrustZone和機密計算架構（CCA）提供參考固件和軟件安全架構來(lái)支持機密計算要求。CCA 基于 Realm 管理擴展 （RME） 構建，它可以保護設備上的“Realm”以保護應用程序和數據。加密通常用于保護傳輸中的數據和靜態(tài)數據，而 Realm 數據庫可以在處理和使用過(guò)程中保護數據和代碼免受高權限軟件（如虛擬機管理程序和不受信任的外圍設備）的攻擊。這些Realm可以與 CPU 之外的 AI 加速器交互，并且仍然保持其完整性。Armv9 CPU中內置的ARM內存標記擴展（MTE）使開(kāi)發(fā)人員能夠快速有效地查找與內存相關(guān)的錯誤，其中 70% 的嚴重安全錯誤是內存安全問(wèn)題。

ARM 還在2004年收購了 Artisan IP，進(jìn)軍物理 IP并在A(yíng)RM處理器成功的路上扮演了關(guān)鍵角色，盡管ARM現在將其出售給 Cadence Design Systems。

40 年過(guò)去了，ARM的最初創(chuàng )始人們均已經(jīng)退休。不過(guò)Wilson在Broadcom仍在設計領(lǐng)先的處理器，而Furber是曼徹斯特大學(xué)的教授，使用ARM芯片開(kāi)發(fā)人腦大小的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。

ARMv9 是各種技術(shù)市場(chǎng)計算子系統 （CSS） 的基礎，包括消費技術(shù) （ARM CSS for Client）、基礎設施 （ARM Neoverse CSS） 和汽車(chē)。這些支持開(kāi)發(fā)優(yōu)化的芯片解決方案，旨在滿(mǎn)足特定市場(chǎng)、應用或消費者的特定要求。

通過(guò)集成 Armv9 CPU 內核、內存、I/O 和互連接口，ARM CSS支持快速開(kāi)發(fā)和部署優(yōu)化的專(zhuān)用芯片設計，從而實(shí)現完整的定制芯片。在經(jīng)歷了40年的演變之后，ARM的經(jīng)營(yíng)模式正在從IP授權許可發(fā)展為完整的芯片，這一切從2025年宣布為Facebook的母公司Meta定制芯片開(kāi)始，伴隨著(zhù)ARM模式轉變而來(lái)的，是與昔日密切合作伙伴和客戶(hù)（尤其是 Qualcomm）的各種專(zhuān)利糾紛。

誕生40年并且正在如日中天的ARM架構處理器，是否會(huì )在這一次轉型中再次勝出，還是在多家核心客戶(hù)和RISC-V這樣的開(kāi)源架構的壓力下，迷失自我？