Arm的40歲 不惑之年開啟的新選擇

確定IP技術(shù)發(fā)布的日期有時(shí)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，尤其是英國處理器內(nèi)核IP設(shè)計(jì)商 ARM。不過有證據(jù)可查的是第一款Arm內(nèi)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(shè)計(jì)領(lǐng)域的原點(diǎn)。

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

“它的設(shè)計(jì)制造成本低廉，由于設(shè)計(jì)對微處理器的功率要求非常低，使其成為小型設(shè)備成功的基礎(chǔ)，”倫敦科學(xué)博物館助理館長Cait Scott說?！癆pple在其第一個(gè)個(gè)人數(shù)字助理1993年的Apple Newton Message Pad中使用了ARM，現(xiàn)在絕大多數(shù)智能手機(jī)里都有Arm內(nèi)核在工作，已經(jīng)交付的Arm內(nèi)核智能手機(jī)處理器超過了300億顆。如果沒有 Sophie Wilson，我們就不會擁有今天的便攜式計(jì)算能力，“她說。

Acorn RISC處理器ARM1的32位數(shù)據(jù)中有26位地址空間。雖然它標(biāo)志著Arm指令集架構(gòu)的首次使用，但它可能并不是業(yè)界所知的ARM架構(gòu)的真正開始。

第一個(gè)使用后繼IP ARM2的產(chǎn)品是1986年發(fā)布的ARM開發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)用作BBC Master 計(jì)算機(jī)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(qiáng)版的開發(fā)工具。這為開發(fā)人員提供了一個(gè)平臺來探索和利用架構(gòu)的功能。

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

隨后Acorn分拆出來了一家公司Advanced RISC Machines，該公司在1990年擁有12名工程師，但沒有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(zhí)行官，其模式是向芯片制造商授權(quán)，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(nèi)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(chǔ)，該處理器隨后成為90年代中后期GSM手機(jī)芯片的旗艦設(shè)計(jì)，從諾基亞 6110 開始，取得了巨大的商業(yè)成功。

ARMv7架構(gòu)于2005年首次亮相，搭載Arm Cortex-A8處理器，該處理器成為21世紀(jì)開始流行的世界上第一款智能手機(jī)的基礎(chǔ)。當(dāng)今大約99%的智能手機(jī)都是基于 ARM 技術(shù)構(gòu)建的。ARMv7 顯著擴(kuò)展了單指令多數(shù)據(jù) （SIMD） 擴(kuò)展，通常稱為 NEON，用于更高效地處理多媒體和信號處理應(yīng)用程序。Saxby 于 2001 年退休，并由 Warren East 接任首席執(zhí)行官，直到 2013 年。

2011年誕生了具有可擴(kuò)展向量擴(kuò)展（SVE）的64位ARMv2 架構(gòu)，以及2021年出現(xiàn)的具有SVE2和面向AI的可擴(kuò)展矩陣擴(kuò)展（SME）的ARMv9架構(gòu)。Armv8 架構(gòu)中的SVE專為高性能計(jì)算和 ML 工作負(fù)載而設(shè)計(jì)，而SVE2擴(kuò)展了指令集，使數(shù)據(jù)處理超越了這些領(lǐng)域，涵蓋計(jì)算機(jī)視覺、多媒體和 AI 工作負(fù)載。例如，SVE2 出現(xiàn)在基于最新 MediaTek 天璣 9400 芯片組的人工智能旗艦智能手機(jī)中，該芯片組結(jié)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和常見的ML工作負(fù)載，提供更快、響應(yīng)速度更快、更智能的沉浸式體驗(yàn)。它還提供了一個(gè)通用指令集，允許開發(fā)人員在其應(yīng)用程序上獲得出色的性能，然后跨生態(tài)系統(tǒng)無縫遷移。

在這段發(fā)展歷程中，ARM還擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，從TrustZone和機(jī)密計(jì)算架構(gòu)（CCA）提供參考固件和軟件安全架構(gòu)來支持機(jī)密計(jì)算要求。CCA 基于 Realm 管理擴(kuò)展 （RME） 構(gòu)建，它可以保護(hù)設(shè)備上的“Realm”以保護(hù)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。加密通常用于保護(hù)傳輸中的數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)，而 Realm 數(shù)據(jù)庫可以在處理和使用過程中保護(hù)數(shù)據(jù)和代碼免受高權(quán)限軟件（如虛擬機(jī)管理程序和不受信任的外圍設(shè)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(nèi)置的ARM內(nèi)存標(biāo)記擴(kuò)展（MTE）使開發(fā)人員能夠快速有效地查找與內(nèi)存相關(guān)的錯(cuò)誤，其中 70% 的嚴(yán)重安全錯(cuò)誤是內(nèi)存安全問題。

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

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

ARMv9 是各種技術(shù)市場計(jì)算子系統(tǒng) （CSS） 的基礎(chǔ)，包括消費(fèi)技術(shù) （ARM CSS for Client）、基礎(chǔ)設(shè)施 （ARM Neoverse CSS） 和汽車。這些支持開發(fā)優(yōu)化的芯片解決方案，旨在滿足特定市場、應(yīng)用或消費(fèi)者的特定要求。

通過集成 Armv9 CPU 內(nèi)核、內(nèi)存、I/O 和互連接口，ARM CSS支持快速開發(fā)和部署優(yōu)化的專用芯片設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)完整的定制芯片。在經(jīng)歷了40年的演變之后，ARM的經(jīng)營模式正在從IP授權(quán)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定制芯片開始，伴隨著ARM模式轉(zhuǎn)變而來的，是與昔日密切合作伙伴和客戶（尤其是 Qualcomm）的各種專利糾紛。

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