手机处理器的总设计师:ARM

ARM是英国最顶尖的科技公司之一,它曾经被《福布斯》评选为世界五大最具创新公司之一,全世界超过95%的智能手机和平板电脑都是采用ARM的架构,其中包括苹果A系列处理器、骁龙、华为麒麟处理器。2014年基于ARM技术的全年全球出货量是120亿颗,2016的出货量是167亿颗,从诞生到2017年之初,基于ARM架构的芯片总量累计950亿颗。单单从数量上来说,lntel也只能望尘莫及。

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ARM的起源

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之后,Acorn的发展策略发生了一些转变,和苹果一样,Acorn也研发出了基于6502处理器的个人计算机-BBC微型机,BBC微型机是给英国广播公司BBC研发的电脑。BBC微型机卖的异常火爆,有多火爆呢?我们看一组数据就知道了,1983年的时候,Acorn的利润只有4800美元,而从开始销售BBC微型机开始,Acorn的利润达到了惊人的13600000美元。12年之后,BBC微型机的销量达到了150万台,这在当时电脑并不普及的年代俨然就是一个奇迹,这也是ARM最原始的资本积累。

共性:ARM和APPLE都是各自领域老大,他们做的第一款个人电脑都是采用的6502处理器,而且做出的产品都是轰动世界的,且都为他们以后的壮大赚取了丰厚的利润。ARM和的成功或许与当初采取了稳定、廉价的6502处理器有关吧,如果当时采用的处理器不够稳定,ARM和做出的产品或许会有太多的bug,以此形成恶性循环,就不会有动辄百万的销售量,或许它们会被扼杀在摇篮里,更不要提现在的iphone了。

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随着时间的流逝,6502处理器以不能满足Acorn的要求,而几乎所有的Acorn项目都是基于6502来实现的,最开始Acorn并不打算自己生产处理器,但是通过对比市场上所有的处理器之后,Acorn发现没有一款处理器能满足自己的要求,于是它们决定设计自己的处理器,在1985年,Acorn RISC处理器ARM1研发成功,并且能顺利工作,而且这一款处理器是完全通过手工设计的,之后Acorn又研发出了ARM1的升级版。到1987年,第一台完全基于ARM的计算机Acorn Archimedes正式发布。

ARM正式成立

当苹果公司在生产Macintosh的时候,苹果的高级技术团队曾联系过Acorn,但是由于ARM2的很多指令与Macintosh有冲突,苹果不得已放弃ARM2,不过ARM却给苹果留下了好印象,因为在测试当中,它的功耗相当让人满意。几年之后,苹果在研发Newton项目的时候再一次找到了Acorn,因为苹果的Newton对功耗、性能、价格要求都非常严格,而Acorn的ARM处理器很符合苹果的要求,于是Acorn和苹果的合作开始了,为了更专一研发产品,在苹果和Acorn等公司雄厚的资金支持之下,决定独立出一个全新的公司-ARM。终于在1990年,ARM公司成立了,很难想象芯片大佬ARM竟然是一个“90后”。

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ARM架构

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都说华为的麒麟芯片是自己生产的,其实要真的从严格意义上来说只是稍作了整合,因为生产一颗芯片需要4个过程:指令集──架构──整合──制程,麒麟的指令集和架构是采用的ARM,所谓的制程就是生产芯片,这个过程华为都交给了台积电,而华为做的是整合,这个整合需要的技术含量也不高,它只是把ARM的的片内资源和片上外设(屏幕、按键等硬件资源)做了定制,也就是我可以按照我的意图修改芯片的设置了,不要看这个简单的过程,国内能做到这一步的公司真是凤毛麟角。

ARM最新内核主要有三个系列,Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M。发现了吗?A、R、M正好和ARM重合。

Cortex-A系列多用于应用与跑操作系统的产品,比如说我们所使用的手机、平板、数码相机等对计算能力有要求的产品,它的时钟频率一般都上G,而且需要海量的内存(RAM),它不同于一般单片机的是,Cortex-A可以处理大量的应用程序,同时还要运行庞大的操作系统,比如安卓、iOS手机操作系统。就目前而言,手机、平板市场已经完全被ARM的Cortex-A内核所统治。至少我现在所知道的所有智能手机皆采用的ARM的架构。

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以ARM为架构的产品涵盖了我们生活的方方面面,ipad、iPhone、安卓手机、冰箱、空调等凡是你能想到的电子产品里面几乎都有ARM的影子。且它的影响力还在不断扩大,在10年之前或许还不这么明显,但是在今天ARM绝对是主流,就说我们做电子研发的吧,学习ARM已经成为了大多数电子工程师的必修课,只要对于稍微要求性能的项目,考虑更多的肯定是ARM处理器(STM32为主)。因为在高性能领域我们用ARM已经习惯了。

小屏幕到大屏幕的进阶

lntel曾经试图进军移动市场,但都以失败告终,因为ARM在移动端的地位已经不可撼动,没有哪一个厂商去冒险采用lntel的处理器,现在lntel已经宣布彻底退出移动市场。PC端一直是lntel和AMD的天下,但是这种情况或许在2019年发生改变,因为ARM最新架构Cortex-A76是一种全新的架构,相比于前一代(主要应用在手机上如苹果的A11),提升可以提高35%的性能,且可以支持8K查看体验。

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最重要的是现在Cortex-A76可以为笔记本电脑提供动力,Cortex-A76在提升35%性能的同时,还节省了40%的能耗,上一代Cortex-A可以拿iPhone X的A11处理器为例来和lntel来做一个比较。

A11秒lntel的i7

基于Cortex-A的A11(ARM)的Geekbench 4跑分结果为:单核跑分最高4274,多核性能最高的是10438。

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而搭载主频2.3GHz Core i7(lntel)的Macbook Pro跑分为:单核做多4592分,多核最高为9602分。由此可见:ARM架构的处理器已经可以超越lntel了,即使A11在如此低功耗之下,也完全不弱于笔记本上的i7,如果是下一代基于Cortex-A76的芯片(至少比A11提升35%的性能)发布,我真替lntel堪忧。

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如果ARM能在PC端市场分得一杯羹,那么lntel的芯片行业头把交椅的位子可能就坐不稳了,到时候ARM就会在所有电子领域全面开花,在芯片领域,ARM或将“一统天下”!


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