为什么Arm芯片能诞生并且影响世界？

2021-08-18 14:41:23  信息编号：K204800  浏览次数：313

没有像Intel或AMD芯片这样的独立品牌，甚至可能不被许多用户所知，但很少有人会想到使用ARM设计的处理器存在于超过1300亿种不同的设备中。包括、游戏控制台、智能手表，甚至在湿度计、自动取款机和无数其他设备中。

不止于此，2020年，这些基于ARM的处理器也登陆了苹果的Mac电脑，首次与英特尔和AMD两大巨头的霸主地位交锋。当众多ARM CPU仍开始登陆数据中心的蛋糕，有望在处理能力上创造新的转折点时，这两家巨头的实力再次受到挑战。

即使只是第一步，如果你看看智能如何改变了世界，你就会发现当ARM芯片成为这些设备的默认选择时，它们是多么重要。

但如果你看看这家设计ARM芯片的公司从创立到现在的历程中的里程碑，很难相信他们能达到今天改变世界的地位。

这家剑桥公司成立于1979年，当时名为Acorn，其目标不是设计芯片，而是使用6502芯片为老 虎机设计计算机。但他们在1982年突然声名鹊起。这要归功于BBC电视节目。

当时，英国政府和BBC想创建一个程序来教英国人如何使用计算机。为了让节目变得有趣，BBC想要一台足够强大的计算机来教授BASIC，以及许多其他功能，包括图形、声音、网络，甚至是基本的人工智能。

在得知BBC的要求后仅一周，Acorn就向该电台展示了其计算机原型。战胜了当时的一系列巨头，橡果的BBC Micro机是唯一满足BBC要求参数的设备，甚至在某些标准上表现出色。

为满足性能要求，Acorn开发了Tube扩展接口，可帮助BBC Micro连接到辅助CPU或协处理器。这个辅助CPU将运行用户的软件，而BBC Micro上的主CPU只起到管理输入和输出设备的作用，如屏幕、键盘和存储内存。这显着提高了机器的处理速度，而无需使用新芯片。

Tube接口也开放以与其他合作伙伴的子处理器连接。它不仅扩展了功能，还帮助Acorn评估其他处理器的性能。最后，他们发现没有人能打败现在的MOS 6502芯片，即使是用于苹果Macintosh电脑的摩托罗拉68000芯片。

从那里，Acorn决定设计自己的处理器。受到IBM的一个想法的启发，专注于其基于RISC（精简指令集计算）架构的芯片的研发。

通常，要运行复杂的软件任务，CPU将需要涵盖芯片基本任务的指令，例如加载数据、算术运算和存储到内存中。...

虽然CISC（复杂指令集计算）架构，如Intel和AMD的CPU，旨在以尽可能少的指令行执行任务，但复杂的指令集嵌入在CPU中，帮助芯片理解和执行许多基本任务几个CPU周期。因此，系统需要更少的RAM来存储指令，软件指令也更短，但使得CPU结构非常复杂，因为需要更多的晶体管来存储这些指令。

RISC架构正好相反。RISC是关于使用可以在一个CPU周期内执行的简单指令。因此，解释每个软件任务需要更多的命令行，需要更多的RAM来存储这些基本指令。作为回报，CPU结构更简单，需要的晶体管更少。

换句话说，CISC架构就像一辆大轮子的自行车，骑车人需要多次踩踏才能使轮子完成一圈，而RISC就像一辆小轮子的自行车，骑车人只需要踩一圈就可以了。使轮子旋转。完成一圈轮子。但是，小轮子必须转更多次才能行驶与大轮子汽车相同的距离。

对Acorn来说幸运的是，他们使用6502芯片（RISC架构的先驱）的经验使他们非常适合这种方法。使用创建BBC Micro计算机时开发的Tube接口，Acorn创建了第一个基于RISC的CPU，称为Acorn RISC机器-从而产生了ARM名称。最初ARM CPU用于Acorn的内部研发，但不久之后，以ARM2的名义创建了一个商业版本。

1987年，第一台使用ARM2的个人计算机发布，名为Acorn Archimedes。尽管比英特尔的芯片少了245,000个晶体管，但它当时表现出比英特尔286芯片更好的性能。Archimedes在Arthur OS上运行，已被证明是一台可靠、快速且功能强大的机器。它在那个时代拥有出色的图形，具有图形用户界面和一些与机器速度相匹配的低图形标题。

当时，这台第一台基于ARM的计算机被认为是最快的个人计算机，其性能得分比英特尔的80286芯片高出许多倍。

由于其相对简单的设计和更少的晶体管，ARM CPU为开发人员提供了意想不到的好处：消耗更少的功率，产生更少的热量。这使得它与移动设备特别相关，并为公司带来了另一个转折——与苹果的合作。

在80年代后期，Apple一直在寻找功能强大的CPU，可以将触摸屏手写内容转换为文本并在AA电池设备上运行GUI。那就是苹果著名的牛顿平板电脑，只有ARM芯片才能满足他们的需求。

由于不想购买现成的芯片，Apple与Acorn和Acorn的芯片制造合作伙伴VLSI合作，在Acorn之外成立了一家独立的公司。这家新公司名为Advanced RISC Machines或ARM——现已正式成立。借助苹果的资源，ARM开发了ARM6内核，第一个使用该内核的CPU是ARM610。该CPU的时钟速度为20 Mhz的版本用于1993年发布的Apple Newton。

尽管Apple Newton是一个巨大的失败，但它仍然给ARM CPU带来了轰动。ARM CPU继续用于Acorn和eMate 300计算机的新系列，Apple Newton版本带有键盘和28小时的电池寿命。

当ARM7核CPU安装到Apple的iPod和任天堂的Game Boy Advance控制台时，ARM CPU在移动设备中的声誉得到进一步加强。2004年，另一对ARM CPU也用在了Nintendo DS双屏游戏机上。

2007年，当第一款配备使用ARM11内核的CPU的iPhone发布时，ARM的历史翻开了新的一页。从现在开始，ARM CPU成为智能的默认选择，无论它来自苹果还是其他任何公司。

ARM芯片的影响比人们想象的要大得多。不仅在智能或游戏机中很常见，基于ARM或ARM许可的处理器的功率优势也被用于智能手表、数码相机、电视、网络设备、存储设备等，存储、物联网设备以及汽车。

此外，现在即使是将性能优先于能效的设备，如笔记本电脑、台式机、服务器甚至超级计算机，也开始采用ARM CPU。除了风靡全球的采用Apple M1芯片的新款Mac电脑外，还有当今世界最快的超级计算机Fugaku，其CPU采用富士通设计的ARM AArch64架构。更不用说刚刚降落在火星上的直升机中的ARM芯片。

截至2020年2月，全球合作伙伴已出货约1600亿颗ARM芯片，过去3年平均每年超过220亿颗，ARM芯片全球出货量将很快突破2000亿大关——比世界上任何其他竞争对手都要多。有趣的是，ARM本身并不生产任何芯片，都是因为他们的合作伙伴。