ARM架構(gòu)的崛起，智能手機(jī)SoC發(fā)展史

手機(jī)的高通驍龍?zhí)幚砥?、?lián)發(fā)科天璣處理器、蘋果A系列處理器、三星Exynos處理器、華為麒麟處理器，大家或多或少都有些了解，但是有人知道嗎？其實(shí)他們大多采用的都是ARM架構(gòu)，即便不是ARM架構(gòu)，也是源自ARM指令集研發(fā)而來，比如今年的驍龍8處理器、天璣9000處理器均采用的是最新ArmV9架構(gòu)。為什么ARM在手機(jī)處理器領(lǐng)域這么火呢？今天就和大家來聊一聊。

ARM誕生

在1978年，由工程師Chris Curry與物理學(xué)博士Hermann Hauser兩位30多歲的年輕人，在英國(guó)劍橋成立了Cambridge Processing Unit（中文直譯：劍橋處理單元），同年公司改名為Acorn Computer Ltd，也就是ARM公司的前身，起初是為類如老虎機(jī)等游戲機(jī)設(shè)計(jì)微處理器控制器，后來有錢之后開始做微型計(jì)算機(jī)，推出的第一款微型計(jì)算機(jī)Acorn Atom。

在1981年，Acorn 迎來了第一次發(fā)展的機(jī)遇，拿下了BBC英國(guó)廣播公司一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的大訂單，采用了MOS 6502的8位微核處理器，在同年12月份，Acorn推出了BBC micro微型計(jì)算機(jī)，一經(jīng)發(fā)布直接主導(dǎo)了當(dāng)時(shí)英國(guó)的計(jì)算機(jī)教育市場(chǎng)，大獲成功，這也奠定了Acorn發(fā)展的基礎(chǔ)。在1984年，Acorn公司還獲得了BBC女王技術(shù)獎(jiǎng)，表揚(yáng)了BBC micro的先進(jìn)設(shè)計(jì)。

在1983年，Acorn想要進(jìn)入微型機(jī)商業(yè)市場(chǎng)，但是當(dāng)時(shí)采用的6502處理器無法滿足新的硬件需求，在當(dāng)時(shí)處理器上有兩個(gè)選擇，一是采用摩托羅拉公司的16位芯片，但這款芯片價(jià)格高而且執(zhí)行速度慢，另外一個(gè)選擇是英特爾的80286芯片，但是被英特爾無情的拒絕，或許是嫌棄當(dāng)時(shí)Acorn公司太小。

可能是因?yàn)橛⑻貭柕木芙^，刺激到了Acorn，決定自己搞芯片，這也是Acorn公司改變命運(yùn)的關(guān)鍵時(shí)刻。

隨后，Hermann Hauser邀請(qǐng)劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)家Sophie Wilson和Steve Furber，經(jīng)過不斷努力研發(fā)之后，在1985年，Acorn開發(fā)了基于RISC指令集的32位微處理器，被命名為Acorn RISC Machine（簡(jiǎn)稱：ARM），由芯片代工廠VLSI公司生產(chǎn)。

RISC的全稱是精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)，由于支持的指令簡(jiǎn)單、這也意味著高效與低功耗而且價(jià)格便宜，因而設(shè)計(jì)低功耗處理器也是ARM的強(qiáng)項(xiàng)，這也奠定了ARM處理器在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的基礎(chǔ)。

但是在1985年的時(shí)候，此時(shí)Acorn公司由于經(jīng)營(yíng)問題導(dǎo)致大幅虧損。在1990年，由Acorn計(jì)算機(jī)公司、蘋果計(jì)算機(jī)、VLSI Technology合資成立了ARM（全稱：Advanced RISC Machines）公司。當(dāng)時(shí)Acorn提供工程師、蘋果提供資金、VLSI Technology則提供設(shè)備，由此真正的ARM誕生了。

授權(quán)芯片

但是在ARM公司成立初期，業(yè)務(wù)發(fā)展一般般，雖然ARM架構(gòu)的功耗與成本都低，但當(dāng)時(shí)推出的產(chǎn)品線也因?yàn)樾阅軉栴}被英特爾的X86架構(gòu)吊打。比如在1993年，蘋果首款掌上電腦Apple Newton采用ARM 610 RISC CPU以及640KB的RAM和4MB的ROM，體驗(yàn)并不如意，手寫識(shí)別率很低，售價(jià)高昂令人望而止步。

這個(gè)時(shí)候，ARM引入IP商業(yè)模式，自己不制造芯片，將芯片設(shè)計(jì)方案授權(quán)給半導(dǎo)體公司，收取前期的授權(quán)費(fèi)以及后期生產(chǎn)芯片的專利使用費(fèi)，好處是將風(fēng)險(xiǎn)降低，與其它公司建立互惠互利的關(guān)系，共同努力實(shí)現(xiàn)利益最大化，同時(shí)也推動(dòng)了芯片上市的步伐。

在1993年，ARM公司將產(chǎn)品授權(quán)給凌云邏輯（Cirrus Logic）與德州儀器(TI)，其中與德州儀器的合作取得了重要的突破，為ARM公司樹立了聲譽(yù)，同時(shí)也證明了IP授權(quán)的商業(yè)模式可行性，隨后與ARM合作的公司也越來越多，包括德州儀器、三星、夏普等半導(dǎo)體的巨頭。

殺入手機(jī)市場(chǎng)

到了20世紀(jì)90年代，屬于移動(dòng)電話的時(shí)代到來，ARM拿下了當(dāng)時(shí)手機(jī)的大佬——諾基亞。在1994年，第一部采用ARM處理器的GSM手機(jī)——諾基亞6110，上市之后大獲成功，隨后高通、飛思卡爾、美國(guó)DEC公司也相繼加入了ARM7的授權(quán)陣營(yíng)，ARM7也成為了ARM的旗艦移動(dòng)設(shè)計(jì)。

借助ARM授權(quán)的德州儀器，在起初的手機(jī)市場(chǎng)占據(jù)了絕對(duì)的主導(dǎo)地位，TI（德州儀器）旗下的OMAP1710處理器在諾基亞Symbian系統(tǒng)大獲成功之后，也是陸續(xù)推出了一系列的OMAP處理器，旗下的OMAP系列處理器也一直是諾基亞、多普達(dá)等手機(jī)的御用CPU。

在這種“天時(shí)地利”的發(fā)展機(jī)遇下，ARM也迎來了高速的發(fā)展，到了1998年，ARM公司同時(shí)在英國(guó)與美國(guó)上市，上市之后股價(jià)飆升，幾個(gè)月內(nèi)就成為了價(jià)值超十億美元的公司，而這不過是ARM騰飛的開始。

智能手機(jī)時(shí)代

到了21世紀(jì)，隨著iPhone手機(jī)的熱銷以及Android系統(tǒng)的推出，智能手機(jī)發(fā)展迅猛，開始進(jìn)入全民智能移動(dòng)手機(jī)時(shí)代，功耗低、續(xù)航長(zhǎng)成為手機(jī)的主要需求，而這需求正好是ARM架構(gòu)的長(zhǎng)處，芯片行業(yè)出現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)，這也讓支持蘋果手機(jī)以及安卓手機(jī)芯片的ARM，一躍成為了手機(jī)行業(yè)的王者。

首款iPhone就是采用的ARM公司設(shè)計(jì)的芯片，但是這款芯片不是蘋果自己研發(fā)的，而是外包給了三星，但是由于蘋果沒有自己的芯片專家，導(dǎo)致三星為自己提供的芯片性能一般，這個(gè)時(shí)候喬布斯意識(shí)到想要取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，自研芯片一定是最為重要的一環(huán)節(jié)，于是開始組建芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

這個(gè)時(shí)候可能有人注意到了，蘋果不是ARM公司的聯(lián)合創(chuàng)始人之一嗎？沒錯(cuò)，但是在1997年，蘋果由于經(jīng)營(yíng)慘淡，為了更好發(fā)展，喬布斯出售了蘋果持有的ARM股份。

到了2008年，蘋果收購了一家微處理器設(shè)計(jì)公司，同年獲得了ARM芯片技術(shù)授權(quán)，開始了基于ARM架構(gòu)的芯片自研之路。2010年，蘋果發(fā)布的iPhone4上采用了A4處理器，采用三星45nm制程工藝，800MHz的ARM CortexA8的單核心處理器，但是該款處理器上還能看到不少三星的影子，因而不過還算不上真正的自研芯片。

2013年，蘋果推出了采用ARMv8 64位指令集以及自家Cyclone架構(gòu)的A7處理器，主頻為1.3GHz，采用三星28nm制程工藝，打開了手機(jī)處理器64位的大門，同時(shí)能效比實(shí)現(xiàn)了對(duì)ARM Cortex A系列的反超，具有跨時(shí)代的意義，這也打得當(dāng)時(shí)安卓手機(jī)陣營(yíng)措手不急。

2013年，高通啟用新的命名以及劃分方案，提出驍龍200、驍龍400、驍龍600以及驍龍800系列，開始注重品牌化，提出了類似Intel Inside的概念。而這隨后，手機(jī)廠商在發(fā)布新機(jī)時(shí)，也是開始習(xí)慣介紹“采用高通驍龍?zhí)幚砥鳌?，尤其是高端旗艦手機(jī)，直至現(xiàn)在依舊如此。

2014年年底，高通匆忙發(fā)布了64位處理器——驍龍810，CPU使用的是ARM的4顆CortexA75以及4顆CortexA53，采用20nm制程工藝，但是這款處理器在2015年上市之后，手機(jī)表現(xiàn)非常差，發(fā)熱嚴(yán)重，成為一代“經(jīng)典”，而驍龍810也被冠以“火龍”的稱號(hào)。

隨后2016年，高通推出了基于ARMv8指令集自主研發(fā)的Kyro架構(gòu)，隨后的驍龍835、驍龍845、驍龍855、驍龍865均采用魔改ARM架構(gòu)的CPU內(nèi)核。明明大家都是采用ARM架構(gòu)，為什么蘋果處理器就這么強(qiáng)呢？

第一種：蘋果采用的是架構(gòu)/指令集層級(jí)授權(quán)，可以根據(jù)現(xiàn)有的架構(gòu)或者指令集進(jìn)行二次定制修改，蘋果就是只是采用了ARM的指令集，其它全部自研，包括CPU、GPU等微架構(gòu)，都是根據(jù)ARM的指令集自己研發(fā)，依靠自身的研發(fā)技術(shù)，實(shí)力最強(qiáng)。高通的Kyro也是基于ARMv7指令集自研的微架構(gòu)。

第二種：高通屬于采用了ARM的指令集，CPU源于ARM公版架構(gòu)開發(fā)而來，起初CPU確實(shí)基于ARM指令集自研了不少架構(gòu)，不過現(xiàn)在高通貌似選擇放棄了自研，統(tǒng)一選擇ARM公版架構(gòu)，比如最近驍龍8、驍龍8+處理器都采用的ARM最新Arm v9架構(gòu)。另外在GPU則采用了的是Adreno GPU，是高通此前從ATI公司收購而來的。

第三種：大部分處理器其實(shí)都是直接采用了ARM的公版架構(gòu)，比如華為的麒麟系列、聯(lián)發(fā)科天璣處理器還有紫光展銳處理器，基本沒有自研也沒有進(jìn)行二次開發(fā)，簡(jiǎn)單來說就是直接拿過來使用，自研技術(shù)最低。

ARM未來

在2016年，日本軟銀集團(tuán)以溢價(jià)43%，約309億美元全現(xiàn)金方式收購ARM公司，使得ARM公司成為軟銀集團(tuán)旗下的全資子公司，收購的原因無非就是看中了ARM的發(fā)展?jié)摿?，在收購ARM時(shí)軟銀的孫正義也表示，“物聯(lián)網(wǎng)與人工智慧(AI)將是軟銀的下一波成長(zhǎng)動(dòng)力”，所以也有人說軟銀收購ARM就是孫正義“對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的非理性狂熱”。

可能大家對(duì)日本軟銀集團(tuán)不太熟悉，但是這是一家全球科技界的投資人，孫正義在當(dāng)時(shí)被稱為是“日本的比爾蓋茲(Bill Gates)”，曾經(jīng)主導(dǎo)過多場(chǎng)大型的收購案，比如阿里巴巴在2020年也獲得了日本軟銀集團(tuán)的投資。

在2018年的時(shí)候，ARM對(duì)中國(guó)業(yè)務(wù)拆分，在中國(guó)深圳成立了一個(gè)中方控股合資的安謀中國(guó)公司（后來改名為安謀科技），獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，其中中方控股51%，ARM持股49%。而安謀中國(guó)的商業(yè)方式上，一是可以自研新的IP產(chǎn)品，二是在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)開展ARM IP業(yè)務(wù)。

為什么ARM會(huì)成立一個(gè)Arm中國(guó)公司呢？

一：看重了中國(guó)市場(chǎng)的高速發(fā)展機(jī)遇，有資料顯示Arm有25%的營(yíng)收是來自于中國(guó)，而且近十年來，Arm中國(guó)區(qū)的出貨量增長(zhǎng)達(dá)到170倍。

二：出售Arm中國(guó)51%的股權(quán)，還可以幫助軟銀套現(xiàn)；

三：滿足我國(guó)對(duì)于芯片產(chǎn)業(yè)強(qiáng)調(diào)“自主可控”的需求，避免一些政治問題，同時(shí)規(guī)避壟斷風(fēng)險(xiǎn)。

四：更接地氣，更好服務(wù)中國(guó)市場(chǎng)，同時(shí)防止RISCV開源架構(gòu)滲入中國(guó)市場(chǎng)（雖然沒能防住，阿里巴巴、華為、中興等國(guó)內(nèi)科技廠商都在開始擁抱RISCV開源架構(gòu)）。

不過后來ARM與安謀中國(guó)后來爆發(fā)了內(nèi)部控制權(quán)之爭(zhēng)，ARM與中國(guó)合伙人厚樸投資以“危害到了安謀中國(guó)的發(fā)展、公司股東以及利益相關(guān)者”的理由嘗試罷免安謀中國(guó)董事長(zhǎng)、CEO、法定代表人吳雄昂，最終未能成功，而安謀科技也將繼續(xù)以一家獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的公司，繼續(xù)發(fā)展自研IP，推動(dòng)ARM IP在中國(guó)市場(chǎng)落地，支持中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。

在2020年的時(shí)候，軟銀宣布將ARM出售給英偉達(dá)，為什么軟銀會(huì)突然放棄前景蒸蒸日上的ARM呢？來自軟銀財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)，ARM在2017年2019年?duì)I收基本沒有增長(zhǎng)，進(jìn)入了平緩期?？赡苁且?yàn)檐涖y投資面過廣、資金耗費(fèi)過大再加上疫情等原因，軟銀在2019年虧損125億美元。雖然ARM發(fā)展前景很好，但是現(xiàn)階段發(fā)展過慢，卻又很值錢，可以賣出一個(gè)好價(jià)錢，出售給英偉達(dá)可以實(shí)現(xiàn)快速回血。

但是涉及到壟斷等原因，此次收購受到監(jiān)管部門的極力反對(duì)，高通、谷歌、微軟等科技巨頭也紛紛反對(duì)，于2022年，英偉達(dá)和軟銀不得已宣布終止ARM收購，但保留了英偉達(dá)Arm 20年的授權(quán)。一旦英偉達(dá)收購ARM對(duì)于我國(guó)也會(huì)產(chǎn)生很大的影響，比如華為目前被限制的是芯片制造，如果ARM被英偉達(dá)收購，很可能會(huì)出現(xiàn)華為芯片設(shè)計(jì)也遭到限制，因?yàn)槿A為的麒麟芯片就是采用ARM公版架構(gòu)，當(dāng)然涉及到的我國(guó)企業(yè)遠(yuǎn)不止華為一家。

在收購被迫停止后，軟銀也發(fā)布公告稱：“ Arm不僅在手機(jī)革命中成為創(chuàng)新中心，而且在云計(jì)算、汽車、物聯(lián)網(wǎng)和虛擬世界中也成為創(chuàng)新中心，并已進(jìn)入第二個(gè)增長(zhǎng)階段，我們將借此機(jī)會(huì)開始準(zhǔn)備將Arm上市，并取得更大的進(jìn)展。”同時(shí)表示在截至2023年3月31日的財(cái)政年度內(nèi)公開發(fā)行Arm股票。

如今ARM開始走向全面計(jì)算，除了手機(jī)、平板電腦以外，還覆蓋可穿戴設(shè)備、高性能計(jì)算、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。從軟銀2019年財(cái)報(bào)來看，ARM架構(gòu)在手機(jī)占據(jù)90%以上市場(chǎng)、物聯(lián)網(wǎng)也占據(jù)了90%的市場(chǎng)、車內(nèi)娛樂與駕駛輔助系統(tǒng)占據(jù)了75%以上的市場(chǎng)，市場(chǎng)份額非常的大，以如今ARM的芯片行業(yè)地位，未來ARM勢(shì)必會(huì)成為全球最具有價(jià)值的半導(dǎo)體公司之一，只希望軟銀可以支撐到那一天。