Arm 传奇

本文由达尔闻特邀作者 Andy 原创

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Arm最全武林秘史,各路英豪,波澜壮阔,尽在其中。

发于草莽

1964 年夏天,一位奥地利富商对他的儿子说:“我知道你长大后想成为物理学家,但是现在英语很重要,所以你这个暑假要去海峡对面的英国学习英语”

于是这位少年遵从父命来到了英国剑桥。这位少年叫做 Hermann Hauser 、那一年他十六岁。

在这个假期的学习中,剑桥的风光令他深深着迷,所以当他在维也纳大学获得物理学硕士学位后,他又来到剑桥大学国王学院读起了物理学博士。

国王学院设立于1441 年,由国王亨利六世创建,是剑桥大学内最有名的学院之一。这个学院的学生个个都非等闲之辈, 据说在 1689 年,全院师生直接抵制了由国王任命的来自三一学院的牛顿任院长的任命。

在读博士期间,由于有很多物理实验的数据需要用计算机来处理,于是他开始接触计算机,并学习编程。

Hauser 很善于社交,在学校的各种社团组织中都混的很开。当时剑桥大学内部有一个计算机微控制器相关的社团,在这里 Hauser 认识了各路热衷于计算机开发的极客。

1978年,Hauser 快要博士毕业了,这时候摆在他面前有两条道路可以选择:去某个大学当物理老师或者回家继承父业——这时他遇到了一个将会改变他一生的人。

这个人叫做 Chris Curry(上图右边的那个,左边是 Hauser),他没有上过大学,但是富于商业头脑而且市场嗅觉敏锐。

他刚从一家叫做 Sinclair 的公司离职,之前还在几个比较大的电子电气公司工作过,他认为微型电脑将会是下一个风口。

当时全球的计算机市场被 IBM PC 和 Intel 这样的巨头所垄断,那些想摆脱巨头统治设计自己的计算机的公司要么已经消亡要么正走在消亡的路上——除了苹果。英国的计算机市场亦沉闷如贫瘠的沙漠荒原。

但是 Chris 认为这一片荒原中正潜藏着无限的机遇,他觉得自己可以闯出一片天空。

当他遇到 Hauser 的时候,心里小鹿乱撞:这正是我梦寐以求的创业伙伴啊!他认识各路极客英豪,而且好像还很会找钱!

Chris 凭着自己的三寸不烂之舌让 Hauser 相信跟着自己一起做计算机绝对比他当物理学家或者回去继承那么大的家业有前途。

于是他们各掏 50 英镑就去注册了——注册了一家叫做 Cambridge Processor Unit 公司,简称 CPU。

很多年之后,功成名就的 Hauser 深情地回忆这段激情燃烧的岁月:没有创业书,没有风投,两个来自天南海北的年轻人走到了一起,只因为他们相信激情和梦想。

公司成立后,Hauser 凭借自己剑桥国王学院毕业的光环在银行贷了一万英镑作为启动资金。几个月后这笔资金被烧完了,他又来到这家银行,说自己的公司运营的很好,处于快速增长状态,于是又贷到了五万英镑。

后面他们接到了第一笔订单——为一种赌博机设计一套控制系统。

这时候他们才发现,整个公司就他们俩,一个是学物理的,另外一个是搞销售的,没有人懂计算机设计。

Hauser 的人脉关系网开始发挥作用了,他从剑桥的计算机社团里挑选了两个他认为最有天赋的极客。

Sophie Wilson 和 Steve Furber——图中托着电脑的两位,左边穿白色衬衫的是 Steve,中间银色长发的女士是 Sophie。

他俩完成了这个控制系统的开发,为 CPU 公司赚了第一桶金。Sophie 当时还在读大三,因为大部分时间都投入到这个控制系统的设计中,还耽误了自己的学业。Steve 当时在读机械动力学博士。

时间到了 1979 年,他们意识到该为公司取一个更正式一点的名字了——毕竟 CPU 这名字太欠了,你一个两个人的只能卖赌博机的公司都叫 CPU,你让 IBM、Intel 这些巨头们怎么想,DEC、苹果这些大佬们怎么看?

最终 Chris 提议叫 Acorn,寓意 “Great oaks from little acorns grow”,而且在电话薄上还可以排在苹果前面。

大概到 1980 年底的时候,上次贷的五万英镑启动资金又快烧完了,Hauser 再次来到这家银行,说我们又扩张了,这次需要一百万英镑!上次帮他办贷款的人被吓的差点从椅子上掉下来:你们国王学院的人胃口都这么大吗?不行了,不行了,庙太小,受不起!

绝望中 Hauser 打听到附近有另外一家银行,这家银行曾到美国硅谷考察过。这也许是个希望。

Hauser 找到这家银行,把 Acorn 描述成了英国的苹果,他让这家银行相信,Acorn 虽然现在还很小,但终将在大不列颠上点燃硅谷的星星之火。

但是一家靠卖赌博机维持生计的公司和苹果差距始终有点大。

也许上帝总是青睐有梦想的人,转机出现了。

当时 BBC 正在制作一套旨在提高全英国计算机水平的节目,他们希望一款能和这套节目配套的电脑——功能丰富,价格又不能太贵。这个项目非常宏大,得到了英国政府的支持,如果成功,这款电脑有望进入全英国的每一间教室。有点类似现在的树莓派项目,销量之大可见一斑。

Hauser 在 BBC 的考察团队面前夸下海口:今天是周一,周五就可以让你们看到满意的设计原型!

BBC 的考察团队走后,Hauser 给 Sophie 打电话:我们能否在周五之前把这个原型做出来?这时候 Sophie 已经本科毕业,正式加入了 Acorn。Steven 博士嫌 Acorn 太小了,只愿意暂时给他们做技术顾问。

Sophie 觉得老板疯了, 这怎么可能做到,绝对不可能!

于是 Hauser 又打电话给 Steve,说这个挑战很大,但是 Sophie 妹纸觉得可以干。你干不干?

Steve 说:“老板你这简直是瞎扯,这怎么可能?不过如果 Sophie 愿意干,我也干”!

毕竟堂堂大博士,不能让一个本科小妹子给看扁了。

于是他们连轴转,从周一通宵到周五,在 BBC 的考察团队回来之前,调通了原型。

这个订单被拿下了,BBC 给了 130 万英镑的预付款,不过这笔巨款打在一个第三方监管账户上,在没有成功交货之前,Acorn 不能动。

Hauser 再次找到那家去硅谷考察过的银行,说你看我没忽悠你们吧,我们拿到了 BBC 的巨额订单,马上就是下一个 Apple 了。于是银行同意了这笔 100 万英镑的贷款。

这个叫做 BBC Micro 的项目获得了巨大的成功,卖了差不多 150 万台,并且获得了 1984 年的女王技术奖。

Acorn 随着 BBC Micro 项目一炮走红,开始有人主动上门谈合作了。

其中有一个年轻人叫做 Bill Gates,他上门向 Hauser 兜售自己的 MS DOS 操作系统,但是遭到了无情的嘲讽:你那玩意儿连网络功能都没有,算什么操作系统!我家 Sophie 大妹纸已经写了一个比你的 DOS 好太多的操作系统,正在 BBC Micro 上跑着呢。我是不会开历史的倒车的!Bill 最后把这个 DOS 卖给了 IBM。

这两个年轻人的公司再一次合作已经是三十年后的事情了。

BBC Micro 的成功让 Acorn 雄心万丈,开始了大规模的扩张,他们基于 BBC Micro 设计了下 一代产品,大量备货,并且开始在美国开分部,准备正面挑战 Apple。

但是扩张很快失败,让 Acorn 再一次陷入了财务危机。

BBC Micro 使用的处理器芯片源自 Motorola 的 6502,是一颗 8 位的 CPU,主频 2 MHZ,当时苹果也在用这颗芯片设计自己的 Apple 1.

Sophie 和 Steve 都嫌这个芯片太弱了,当时业界已经出现了向 16 位、32 位芯片迁移的趋势。他们也想给 BBC Micro 做下升级。

他们评估了当时所有可以找到的芯片,最后觉得 Intel 的 286 很不错。于是他们找到 Intel 说:你们这个芯片还算不错,唯一的缺点就是封装做的不好,你看你们把数据线和地址线复用了,这样不好用。能不能给我们裸芯片,我们自己做封装? Intel 说:滚!

Intel 没想到,这一句滚,给自己造就了一个梦魇一般的竞争对手。

受到打击 Hauser 决定谁也不找了,自己设计!

王侯将相,宁有种乎!

实际上他们没有任何处理器设计经验,除了才华和梦想。而才华和梦想恰好可以改变世界。

此时他们缺人缺钱——只有两个工程师,之前赚的钱也因为扩张失利所剩无几,所以他们的设计必须尽可能的精简。

这时他们得知大西洋另一端的伯克利大学有位叫做 John Hennessy 的大师提出了精简指令集的构想。

这一构想如闪烁于苍茫大海上空的星辰,为他们指明了方向,最终他们选了这一和 Intel 的 X86 CISC 架构相反的技术—— RISC。

Sophie 和 Steve 在 RISC 这一构想下完成了他们自己的芯片设计,Steve 负责架构设计,Sophie 负责指令集实现——这颗芯片代号 ARM,全称 Acorn RISC Machine

刚毕业的 Sophie 靠大脑加上纸和笔完成了 ARM 指令集的设计,然后交给 IBM 帮忙做仿真验证——整个仿真在 IBM 的大型机上跑了几个月。

历时 18 个月的研发后,ARM1 问世,芯片出来后,第一次上电,没有任何动静,完全不工作。

Hauser 感觉要疯了,这怎么可能,我这么聪明的工程师设计的芯片,竟然不能工作,不可能!

Sophie 和 Steve 默默的 Debug,两个小时后,随着几个小问题的解决,芯片工作了!

Hello world,I am an ARM!

Hauser 打开了他提前准备的两瓶香槟,砰,砰!

他们准备测一下这颗芯片的功耗,接上电流表的时候,发现电流表指针指在零,一点都没动。又见鬼了,芯片在工作,却没有消耗电流……

继续 Debug,原来不知道是太激动还是太紧张,他们竟然没有给芯片的电源供电,芯片现在完全靠着 IO 管脚从外围设备上汲取的漏电流工作着。

出乎意料的低功耗表现。

ARM1,主频 6 MHZ,内部包含了 3000 个晶体管,和当时流行的一颗叫做 Z80 的微控制器相当,性能却达到了它的 20 倍。

30 多年后的今天,ARM 处理器几乎无处不在,可是我们很多人都不知道,当年的两位设计师之一还是一个刚大学本科毕业的女学生。

RISC 架构的选择让 Arm 避免了在一出生就和 Intel 这一巨头在性能上正面交锋。

此后二十多年里,Intel 在高性能的大道上高歌猛进,Arm 则在低成本、低功耗的荒原上低头狂奔。

他们没想到的是,30 年后,这位 John 大师又亲手打造出另外一个叫做 RISC-V 的师弟,向昔日的这位不记名师兄发起强烈的挑战。

ARM1 作为第一版设计,还不够完善,它的升级版本 ARM2、ARM3 相继推出。

但是 Acorn 的财务状况一直没得到改观,而且还面对着另外一位创始人 Chris 的老东家 Sinclair 公司的激烈竞争,内外交困之下,Acorn 于 1985 年被意大利 IT 巨头 Olivetti 收购。

被收购后的Acorn 变成了 Olivetti 的一个研究院,主要承担各种乱七八糟的应用预研。

这让自诩英伦乔布斯的 Hauser 非常郁闷,他认为以后只会存在两种电脑设计公司——一种是自己设计芯片的公司,另外一种是死掉的公司。

只有自己设计芯片才有未来。

1990 年,在 Hauser 的斡旋之下,苹果同意出资 150 万美金(因为苹果也希望有一个小一点的好控制的公司来给自己提供芯片),Acorn 自己也凑了 150 万美金,两家各占 43% 的股份,还有另外一家叫做 VLSI 的代工厂出资 25 万美金,把一个 12 人的芯片设计团队从 Acorn 中拆分了出来,成立了一个新公司——这个新公司的名字叫做 Arm,全称 Advanced RISC Machines

有意思的是,这 12 人中并不包括 Sophie 和 Steve 这两位灵魂设计师,他们和 Hauser 一起留在了 Acorn。

Acorn 后来又拆分出一个叫做 E14 公司,Sophie 亦是其中的一员,她在 E14 设计出了另外一个叫做 Firepath 的处理器。E14 最后被博通以 600 万美金收购,Firepath 至今还作为博通的重要产品,占据着家庭网关市场 90% 的份额,Sophie 亦作为杰出工程师在博通工作至今。这又是另外一个鲜为人知的故事。

Steve 后来去了一所大学任教,并当选英国计算机协会 Fellow,英国皇家学会院士,可谓荣誉等身。

他著有一本书 《ARM system-on-chip architecture》,被业内奉为经典。

Hauser 后来又创建了一系列公司,而且很多都取了很大的成功,98 年 Arm 上市后他获得了巨大的财富, 之后成为了一位天使投资人。

Chris 也成了一位互联网方向的持续创业者。

Arm 公司成立后,直接跳到了 ARM6,并基于ARM6 设计了 ARM610 芯片,用于苹果的 Newton 项目。后来Newton 由于设计太超前而失败,但是参与 Newton 项目的工程师已经喜欢上了 ARM 这一架构—— low cost,high performance。后续苹果的很多设计都开始使用 ARM 芯片,包括 IPod,以及后面的 iPhone。

这颗起于莽莽荒野中的小橡子,终于从大不列颠岛上开枝散叶,燎原四方。

破茧成蝶

Arm 公司成立后,从 Motorola 请来了 Robin Saxby 做 CEO。

如果说选用 RISC 架构是 Arm 历史上做的最正确的一个选择,那请 Robin Saxby 来做 CEO 就是第二件。

当时虽然 Arm 通过和 BBC 以及苹果的合作在处理器设计这个舞台上展露头角,但是 Robin 清醒的认识到,在这个巨头耸立的时代,Arm 还是显得很弱小,想凭一己之力去打出一片天下胜算太小。

业界上大行其道的是 Intel、AMD、DEC 的标准设计,其他设计公司想设计一点带有自己特色的产品却找不到门路。还记得吗,当年 Acorn 就是 Intel 不同意给他们做差异化定制而被迫走上了自主设计之路。

这位来自 Motorola 的 CEO 开创性地为 Arm 提出了 IP 授权这一前所未有的商业模式:即 ARM 不再生产和销售芯片,只设计中央处理器,然后把设计授权给其他的芯片设计公司,拿到 ARM 设计授权的公司再在 ARM 中央处理器的基础上添加外围设备(比如 DSP、图形加速模块,DMA)从而设计出各具特色的芯片,ARM 从中先收取一次性授权费用,当芯片公司设计的芯片上市销售后,ARM 再根据销量收取版税提成。

在这种授权模式下,一种新的芯片设计架构诞生了:SOC,即 System on Chip,不同的芯片设计公司从 Arm 购买 ARM CPU 授权,然后根据自己的产品定位,灵活的添加 DMA、GPIO、USB、图形控制器等外围模块,这些模块再通过 Arm 设计的 AMBA 总线和 CPU 互联,在一颗芯片上形成一个完整的系统。

1993 年,ARM 授权给 TI,和 TI 的合作给 ARM 带了极大的机遇和行业知名度,也证明了 IP 授权这种独特商业模式的可行性。随后三星亦加入了 ARM 的授权阵营。

以前 Arm 自己做芯片的时候, 既要设计芯片,还要设计编译器,调试工具,以及开发与之适配的操作系统。

Hauser 之前曾经找到 WindRiver,希望能把他们的 Vxworks 操作系统移植到 ARM 上。对方回复:“可以,但是要给钱!”

但是随着越来越多的公司开始用 ARM CPU 做设计,类似 WindRiver 这样的公司发现如果他们的的操作系统不支持 ARM,他们就很难向那些芯片公司推销了,他们开始主动向 ARM 平台上移植 Vxworks。

Arm 这颗小橡子带动了一个生态链,买了 ARM 的 CPU 授权,就同时获得了这个生态链内可靠的工具、软件,操作系统支持。

百花齐放的春天来了。

大概是 1994 年,当时的手机巨头 Nokia 找到 TI,希望 TI 为他们的下一代手机定制一颗芯片,TI 推荐采用 ARM7 架构的芯片,但是遭到了 Nokia 的反对,因为 ARM 的 32 位指令集太占内存空间了——这个手机要设计时尚的 UI 界面,并且准备搭载数款很受欢迎的游戏——对内存空间的要求十分苛刻。

但这没有难倒Arm 这群有天份的工程师们,他们在 32 位 ARM 指令集的基础上研制出了 16 位的 Thumb 指令集,在性能降低不多的情况下,每条指令占用内存空间从四字节降为两字节——这一新的架构为 ARM7TDMI。

TI 基于 ARM7TDMI 设计出了 MAD2 芯片,最终被 Nokia 采用。

代号 Nokia 6110 的手机于 1997 年发布,上市后获得了极大的成功,成为手机史上的经典设计之一。

Nokia 6110 的成功使得更多的手机厂商开始使用 TI 的芯片,也使得 Arm 被越来越多的芯片设计公司所关注。

高通、飞思卡尔、DEC 相继加入 Arm 的授权阵营,ARM7 最终被授权给将近 170 家公司,成为当时手机、电话、机顶盒等设备上的标配处理器,是 Arm 历史上第一颗获得巨大成功的处理器内核。

1997 年,Arm 全年营收达到 2660 万英镑,彻底摆脱了财务危机。

1998 年,Arm 于伦敦证券交易所和纳斯达克同时上市,上市后股价飙升,差不多一夜之间变成了一家市值达 10 亿美金的公司。

当年的这颗小橡子终于冲破苍莽,长成了参天大树。

随后 Arm 一直想超越的偶像苹果遇到了财务危机,这时乔布斯已经重掌苹果,他把持有的 Arm 股份卖掉以自救,当年 150 万美金的投资变成了 8 个亿,增值超过 500 倍。

让大家都没有想到是,当 10 多年后(2010年),苹果想再次以 85 亿美金收购 Arm 的时候,已经没了机会。

一飞冲天

纳斯达克上市之后,Arm 有了充足的资金来进行更高端的处理器设计。

2000 年, ARM920T 发布,一年后升级为 ARM926EJ-S ,五级流水线,带有 MMU,支持 Java 加速和 DSP 扩展,可以运行 Linux 操作系统。这亦是一个里程碑式的设计,标志着 Arm 正式从微控制器时代进入微处理器时代。

ARM9 被授权给超过 100 家公司,出货量达 50 亿颗。

在中国,最流行的 ARM9 处理器应该是三星的 S3C2410/2440,到现在还有人以此作为 Linux 教学参考平台,几乎成了一代人的记忆。

ARM9 并没有把 ARM7 淘汰,得益于其简练的设计,ARM7 有着优异的功耗表现,在微控制器领域又活跃了 10 年左右。

后面 ARM10、ARM11相继发布,把 ARM 处理器的性能推上了又一个高峰。在这一系列处理器中,离我们最近的恐怕是三星的 S3C6410,基于 ARM11 架构,最高运行频率 667 MHZ,iPhone 3G 和 魅族的 M8 都使用了这颗芯片。

在两三年时间里,ARM 的员工从 400 多增加到 1300 多。

2005 年Arm 忽然意识到:当前像 ARM9、ARM11 这样的高端处理器市场巨大,但是还有另外一个广阔的市场让他们无法忽视——低成本低功耗的微控制器。于是 Arm 重新定义了产品线,把处理器架构一分为三:面向高性能的 Cortex-A、面向实时控制场景的 Cortex-R,以及面向微控制器市场的 Cortex-M。

发现了吗,又是 A、R、M!

ARM 架构的命名规则随之改变:不再像以前的 ARM7、ARM9、ARM11 这样。我们看到的是 Cortex-A8、Cortex-A9、Cortex-A7、Cortex-A15 以及Cortex-A53、Cortex-A72、还有 Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-R5、Cortex-R7.

Cortex-M 系列先后推出了 M3、M4、M0、以及 M7 这种性能怪兽,它取代了昔日的 ARM7,并且开始横扫其他的 MCU,在微控制器市场大显身手,涵盖了从控制到 IOT 市场的各个领域,年出货量达 60 亿颗——大名鼎鼎的STM32 即是其中的一员。

Cortex-R 具有很高的实时性和安全性,广泛应用于那些对实时和安全要求严格的场景中,比如汽车的制动系统、硬盘的控制器、我们手机中的基带、它看不见、摸不着、但是又无处不在。

随着 iPhone 热销以及 Android 系统的推出,全球进入智能手机时代,移动互联网浪潮被彻底引爆。

iPhone 只支持 ARM,Android 亦把 ARM作为其第一架构,全球的移动应用几乎被彻底绑定于 ARM 之上,X86、MIPS 被逼在移动大舞台的角落里苦苦挣扎。

ARM 出货量快速超过了 100 亿颗。

2011 年,微软宣布 Windows8 将支持 ARM,之前牢不可破的 Wintel(Windows + Intel) 联盟开始出现裂痕。

这时离 Bill Gates 第一次被 Hauser 拒绝,已经过去了快三十年。

Cortex-A 系列以手机为突破口,从单核到多核、从 32 位到 64 位、一路高歌,攻城略地。

旌旗所至,四海英雄,望旆来归。

苹果、高通、三星、Nvidia、TI、飞思卡尔、NXP、瑞萨、东芝、华为、诺基亚、ST…… 半导体王国中所有能想到的英豪、相继加入 Arm 阵营。

从手机到平板、从笔记本到服务器、战火燃烧到比特流动的每一个角落。

此刻的 Arm 宛如冲出荒原的头狼,身后群狼呼啸,奔向 Intel 这头雄狮。

Intel 的梦魇

当年 ARM7 的成功引起了 DEC 的关注。

在上个世纪九十年代,DEC 亦是处理器设计江湖中的一方霸主,它所设计的 Alpha 处理器——Alpha 21064 到 Alpha 21264,主频从 150 MHZ 到 1GHZ,一时惊艳四方。

1992 年发布的 Alpha 21064 最高频率 150 MHZ,一年之后 Intel 发布的 Pentium处理器处理器频率只有 66 MHZ。

Alpha 21x64 的处理器编号中,21 代表 21 世纪,64 代表 64 位,他们在为下一个世纪设计处理器。

DEC 和 ARM 谈判,获得了 ARM 架构授权,使用 ARM 指令集,设计自己的 CPU 内核——StrongARM。

DEC 谈下来的授权模式和前文说的 CPU IP 授权不同——是一种指令集授权,即 DEC 并不直接使用 ARM 设计的CPU 核(此时 ARM 自己设计的 CPU 频率还只有 几十MHZ的水平),他们自己设计出新的 CPU 架构, 和 ARM 在指令集上保持兼容,而采用 CPU IP 授权模式的 IC 设计公司无法修改 CPU 内核,只能添加外设。

这种授权费用更高,因为从某种程度上讲,在这种模式下设计出来的处理器在市场上和 Arm 自己设计的公版处理器会构成一定的竞争关系。

现在苹果、高通、华为鲲鹏、三星这些研发实力比较强的公司,都采用了这种授权模式,对 CPU 进行更深入的定制,以获得超过 ARM 公版的性能,或者更高的性价比。

所以这些自定义设计的的 CPU 内核不以 Cortex-A15、Cortex-A17、Cortex-A77 这样命名。

苹果基于 ARM 指令集设计的 CPU 架构叫做 Swift、Cyclone、Bionic,高通的 CPU 架构叫做 Scorpion、Krait、Kyro。

三星以前一直使用 ARM 公版设计,从 2012 年开始基于 ARM 指令集设计自有架构,叫做猫鼬,做了大概五代,但是一直没有取得太大的突破,遂于 2019年 12 月31日正式放弃了自主设计,后面继续使用 ARM 公版。

从目前看,高通也计划转向 ARM 公版设计,华为自定义架构主要用于鲲鹏服务器芯片,麒麟手机芯片依然使用 ARM 公版架构。

随着 Arm 公司自己的设计越来越成熟,第三方公司想做出超越 ARM 公版的架构,难度越来越大。

DEC 基于 ARM 指令集设计出来的 StrongARM 继承了 Alpha 处理器的强大基因,频率高达 160 MHZ,在工业界和学术界都引起了极大的反响。

但是上天没有青睐 DEC、太超前的技术没有获得商业上的成功,DEC 遭遇了空前的财务危机。

1997 年,Intel 以不到 700 万美金买下了 StrongARM 授权,一年后,DEC 被康铂收购,最后并入惠普。随后 Alpha 在历史的长河中烟消云散,大概过了 10 年,中国的江南计算所以 Alpha 指令集为基础,设计出了神威架构,最终运行于神威蓝光超级计算机上。

StrongARM 是上天赐予 Intel 的绝佳机会,它与 X86 的双剑合璧让Intel 有可能横扫世界上任何需要处理器的领域。

Intel 把 StrongARM 升级为 Xscale,在PC 帝国生态舰队的护航下,Xscale 从设计到生产, 在性能上每一步都领先于嵌入式舞台上其他的竞争者。

但是……

The world is changed. I feel it in the water. I feel it in the earth. I smell it in the air.

嵌入式领域——准确的说移动领域,需要芯片有更高的集成度,更高的性价比。

高高在上的王者没有注意到脚下的暗流涌动,Intel 拒绝了高集成度的设计模式,甚至直接把 X86 PC 上的 MMX SIMD 指令集硬嫁接到 Xscale 上——这样的处理器性能很强悍,但是很贵,功耗也不小。

凭借其强悍的性能,Xscale 把辉煌一时的摩托罗拉 M68K 处理器挑于马下,Arm 亦一时被逼的手忙脚乱。

摩托罗拉半导体后来变为飞思卡尔,最终转向了 Arm 阵营。

2005年左右,苹果也找到了 Intel,希望 Intel 能为自己产品包括后面要发布的 iPhone 设计芯片,但是习惯了在高端 PC 处理器市场纵横捭阖的巨头真的很难为嵌入式芯片的那点微薄利润动心。

Intel 没有预料到 iPhone 后来爆炸式的潜力,苹果只好把前三代 iPhone 处理器的设计订单给了三星。

2006 年左右,Intel 遭到了 AMD 的强烈挑战,财务亦严重下滑,为了扑灭主阵地上的熊熊战火,雄狮断臂求生,Xscale 被卖给了 Marvell。

也许要十多年后,Intel 才会明白,Xscale 是把 ARM 扼杀于摇篮中的最后机会。

其实 Marvell 真正想要的并不是 Xscale,而是 Intel 从 DEC 继承的 ARM 指令授权,Marvell 很快基于拿到的指令集授权设计出新的自有架构,Xscale 被束之高阁,成为历史。

Intel 卖掉 Xscale 不到三年,移动互联网时代随着 iPhone、Android 的相继推出被彻底引爆,基于 ARM 的处理器在这个浪潮中独领风骚。

排山倒海的变化超出了所有人的想象,Intel 坐不住了,但是卖掉 Xscale 后,他们已经失去了真正意义上的移动处理器。

Intel 只好另起炉灶,基于 PC 版的 X86 设计新的嵌入式 SOC,取名 Atom。

但是 X86 的基因注定了 Atom 不会有太好的功耗表现,而在移动设备上性能和功耗的平衡比什么都重要。

你可以让一头大象去节食,但它终究还是一头大象。

Arm 阵营的悍将 Nvidia CEO 黄仁勋直言不讳。

曾经挥斥方遒、高高在上霸主再也无法顾及自己的王者风范,下场互撕,Intel 高管公开宣传 iPhone 及其 ARM 处理器性能不佳,比不上 Atom。

Arm 根本算不上竞争对手。

Intel CEO 亦在股东大会上怒吼。

2011 年,Intel 以 14 亿美金收购了苹果的基带供应商英飞凌的无线业务部门,然后和 Atom 整合推出了集成 CPU、基带、GPU 的移动 SOC ,联想的 K800 第一个吃螃蟹,成了第一款采用 X86 架构的 Android 智能手机,但是销量寥寥。

X86 处理器用在 Android 系统上,功耗高是一方面,还缺乏很好的生态支持,几乎所有的 Android APP 都是基于 ARM 架构设计,X86 碰到了严重生态兼容问题。

手机市场无法突破,Intel 只好退而求其次,转向平板市场。

Intel 对采用 X86 方案的平板设计客户进行大幅度补贴,试图依靠雄厚的财力支撑向整个 Arm 阵营宣战。

巅峰时刻,搭载Atom 核心的平板电脑出货量达 4000 万之巨。

当然 Intel 也遭到了反噬,2013 年移动部门亏损 31 亿美金,2014 年亏损 42 亿美金。

Arm 还在顽强的生长,在 2014 年的一次采访中,创始人 Hauser 宣称上一年 ARM 芯片总出货量达 10 亿颗,超过了 X86 历史上所有出货量之和,全球所有的 ARM 芯片销售额加起来亦超过了 X86。

凭借其开创性的授权模式,ARM 遍地开花,X86 被置于人民战争的汪洋大海。

2016 年,在经历了长达 8 年的挣扎后,Intel 停掉了 Atom 产品线。

ARM 的野望

战争还在继续。

在长达三十年的岁月里,大部分人们只看到 Arm 在嵌入式领域一路狂奔。很少有人知道,大概在十年前,Arm 内部就把炙热的目光投向了 Intel 的王座。

2012 年,台北 Computex 展,Arm 正式公布了自己的服务器计划。其实在这之前,Arm 已经悄悄扶持了一家后来改名为 Calxeda 的公司,基于 Cortex-A9 设计自己的服务器,不过这家公司最后在 2013年倒闭。

在这一年,Arm 发布了 A57/A53 两款 64 位处理器,X86 阵营里的重量级玩家 AMD 基于 A57 发布代号为 Seattle 的服务器芯片,但是很快即销声匿迹。如今在 X86 架构之下,AMD 凭借 RYZEN 、EPYC 再一次吹响进攻的号角,对于和 Arm 的往事,绝口不提。

在 Calxeda 倒闭的同一年,Marvell——这家从 Intel 继承了 Xscale 技术的公司,发布了基于 Armv7 指令集的自定制架构芯片——ARMADA XP,面向企业级云计算领域,获得了百度、戴尔等客户的订单。

2017 年,高通推出了基于 ARM 架构的 48 核 服务器 Centriq 2400,这颗出生名门的芯片,含着金汤勺出生,一路顺风,可是天有不测风云,Hock Tan 这个掠食者出现 了,他向高通提出了 1300 亿美刀的强行收购要约,为了抵抗 Hock Tan 的恶意收购,高通必须削减开支,Centriq 这一吞金兽随即被打入冷宫。

高通的服务器技术后来被授权给中国的初创公司华芯通,可惜的是该公司运营了三年即宣告倒闭。

Intel 向移动处理器市场进攻有多艰辛,Arm 向服务器市场冲锋就有多难,服务器战场成了 ARM 阵营的绞肉机,无论是久经沙场的老将还是初试锋芒的剑客,一批批倒下,一批批冲上去。

这可是一年营收高达 250 亿美金的大肥肉啊,ARM 阵营中群狼咆哮。

还是在2017年,Marvell 斥资 60 亿美金收购了 Cavium,获得了基于 ARM 架构的 ThunderX 服务器产品线,并于 2018 年发布了基于 ThunderX2 的 CN99X 服务器级处理器,剑指 Intel Xeon 和 AMD EPYC,并公布了在 ARM 服务器上的 Roadmap。而且微软开始在 ThunderX2 上部署自己的 Azure 云服务。

在中国,天津飞腾基于 Armv8 设计的服务器芯片已运行在“天河三号” 超算中心,华为鲲鹏亦战鼓声声,在当前风云变幻的国际形势下,相信他们会有值得期待的表现。

在日本,富士通公布了号称地表最强的 ARM 处理器 A64FX,将用于日本新一代超算中心上,代号 Post-K。

如果说这之前的屡败屡战是 Arm 军团的先头部队冲锋,那么在2018 年,Arm 这只头狼站到了最前面,宣布了 ARM 在服务器市场的专属架构——Neoverse。

在 Neoverse 发布一年后,云计算霸主 Amazon 发布了基于此架构的自研处理器 AWS Graviton2,号称能获得超过 Intel 40% 的性价比,其实在这之前 Amazon 已经基于 Arm Cortex-A72 研发了自己的第一代处理器 。

互联网巨头开始依托 ARM 自研处理器,这无疑是在焦灼的战场上引爆了一颗核弹。

无论是亚马逊、微软这种互联网,还是传统的计算机公司,都希望在 X86 之外寻找更多的选择——更高的计算密度,更低的功耗。

随后,一家叫做 Ampere Computing 的公司快速进入视野,趁着 AWS Graviton2 的余威,发布了代号为 Quicksilver 的处理器,也是基于 Arm 的 Neoverse 架构。

这家公司的创始人叫做 Renee James,为 Intel 前任总裁,位居 CEO 之下的二号人物,其团队核心成员大部分来着 Intel 和 AMD。

Veni、Vidi、Vici。

不是结局

30 年前,得益于 John Hennessy 大师 RISC 的启示,ARM 从此诞生。

在 ARM 诞生的时候,John 亦设计出了 MIPS 处理器,曾被奉为处理器圣殿中的经典,如今继承其衣钵的是中国的龙芯处理器。

30 年后,又一个出自 John 门下的后起之秀开始崛起——它就是 RISC—V。

新的挑战开始了……

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原始发表时间:2020-02-13

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