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「ARM 架構」是一種怎樣的處理器架構?

2019-05-23數碼

@知識庫

什麽是ARM?

ARM(Advanced RISC Machines)在業界有多種含義,首先ARM是一家公司的簡稱,其次ARM指一系列處理器的統稱,同時ARM也是一種精簡指令集架構。

ARM的研發歷史

ARM的發展歷史可以追溯到1978年,當年克里斯·居里(Chris Currry)所任職的公司遭遇財務危機,發展每況愈下,居里在和創始人深入溝通後,決定離職。當時的居里對微型電腦很感興趣,隨後和他的朋友赫爾曼·豪澤(Hermann Hauser)創立了劍橋處理器(Cambridge Processor Unit)有限公司。1979年,劍橋處理器公司改名為橡果電腦(Acorn Computer)有限公司,據說改名字是因為希望公司的名字再字母排序中排在蘋果公司的前面,公司成立初期主要從事電子器材設計和制造的業務,其第一個大獲成功的產品是1981年12月推為英國廣播公司微型電腦。1985年是橡果電腦一個重要的裏程碑,他們獨立完成了32位元微處理器的設計,采用精簡指令集,3微米工藝,包含25000個晶體管。這個處理器是ARM架構的起點,即ARMv1。

1990年,由VLSI科技公司投資,橡果和蘋果各自持有43%的股份,成立了ARM,此後ARM就成了Advanced RISC Machines的縮寫。最初的ARM成員只有很少的工程師,辦工場所在劍橋的一個谷倉裏。

劍橋的一個谷倉,是ARM成立之初的工作場所

劍橋的一個谷倉,是ARM成立之初的工作場所

1996年,ARM和德州儀器、三星、諾基亞等公司建立合作,實作盈利。諾基亞6110 手機中經典的遊戲——貪食蛇,就是基於ARM 7TDMI芯片開發的。1998年,ARM在納斯達克上市,掛牌交易,彼時的ARM市值已達十億美元!2004年,ARM釋出了Cortex-A,R,M三個系列的處理器,細心的讀者可能發現了,這三個系列的處理器,就是ARM的三個字母。2007年2月,ARM第一款GPU——Mali-200正式走向市場,同年,在科技界還有一件大事,那就是iPhone誕生了!iPhone可謂是一部具有劃時代意義的電子產品,其中搭載的就是基於ARM核心的芯片,隨著智能電話時代的來臨,ARM也異軍突起,2007年,基於ARM核心設計的芯片出貨量已達一百億顆!

2016年ARM被日本軟銀收購,2020年,軟銀擬以400億美元的價格將ARM出售給輝達,但最終因多家監管機構反對,交易流產,ARM依然會在半導體界保持中立狀態,繼續為其他芯片設計公司提供IP(Intellectual Property)授權。

ARM的套用領域

ARM的芯片產品套用領域非常廣泛,Cortex系列的處理器及Mali GPU主要套用於消費電子產品、工業控制系統、汽車電子等領域;Neoverse系列芯片主要用於雲端運算、邊緣計算等領域;Ethos NPU則以其強大效能比,廣泛套用於機器學習領域;ARM的系統IP,包括AMBA總線、Corelink互聯技術,在業界使用廣泛。ARM在芯片界強大的商業版圖,讓它有了和X86陣營分庭抗禮的底氣。

ARM Cortex三個系列CPU系列的特點及套用如圖2-5所示,其中A(Application Processors)系列主打的特性是高效能,其設計特點為高時脈、深流水線、支持NEON指令集擴充套件,可以提高芯片在多媒體任務方面的表現。廣泛套用於智能電話,平板電腦、可穿戴器材、智能家居家電、高效能計算等領域。R(Real-time Processors)系列主打特性是響應快,設計特點為高時脈、較深流水線,中斷延遲低等,主要套用於汽車電子、工業微控制器、硬碟控制器等領域。M(Microcontroller Processors)系列主打特性是低功耗,流水線較淺,主要套用於微控制器、嵌入式系統、IoT等領域。

ARM處理器路線圖

總結

在後智能電話時代,ARM迅速發展,並在十多年的時間建立了良好的生態,就連微軟這個英特爾的老夥伴,也在2011年宣布支持AMR架構。截止2022年,ARM的合作夥伴已超過1000家,95%的智能電話中都使用基於ARM核心的處理器,處理器累計出貨超過2250億顆。要知道,如果在2000年左右,如果有人說ARM架構處理器的效能可以和x86媲美,甚至超越x86,那麽無異於天方夜譚。然後科技發展日新月底,ARM乘著流動互聯網這艘大船,逐步發展為指令集架構領域一支新的力量!