ARM传奇：ARM处理器的诞生

超新星

无论是苹果、三星，还是华为，这些手机制造商可谓呼风唤雨。移动互联网的普及，更让这些手机制造商赚得盆满钵满。但是，在这些公司的身后，一直有一个若隐若现的影子公司，是它们始终摆脱不了的。

它就是CPU芯片巨子——ARM，今天90%以上的智能手机用的是ARM芯片。这是唯一一家能让PC时代的霸主英特尔感到威胁、让苹果让步的公司。

那么是什么造就了ARM？又是什么让ARM能在竞争如此激烈的手机和移动设备市场中站住脚的呢？ARM独特的经营之道和其他高科技公司又有哪些不同呢？要了解这一切，要从20世纪70年代开始讲起。


ARM公司的商业模型
早期的ARM：艾康电脑

1961年7月25日，英国人克里夫·辛克莱（Clive Sinclair）创办了辛克莱电器公司（Sinclair Radionics），用以开发并销售计算机等电子产品。后来，计算机由LED显示转向LCD显示，辛克莱电器公司遇到了严重的财务危机，他向英国企业委员会（National Enterprise Board，NEB）求助，这使他失去了对公司的控制。于是，辛克莱与克里斯·柯里（Chris Curry）一起离开了辛克莱电器公司，创建了剑桥科学公司（Science of Cambridge），后来更名为辛克莱研究公司（Sinclair Research）。


克里斯·柯里
1978年6月，剑桥科学公司启动了MK-14微电脑项目，柯里想参与MK-14的开发，但是他无法说服辛克莱，柯里因此离开了剑桥科学公司。不久，柯里的朋友赫尔曼·豪泽（Hermann Hauser）在一次访问剑桥科学公司的时候了解到了MK-14项目，并对此产生了兴趣。豪泽是一名奥地利籍的物理学博士。15岁来剑桥学习英文时喜欢上了那里，后来又回到剑桥大学的卡文迪许实验室攻读物理博士。


赫尔曼·豪泽
柯里和豪泽于1978年12月5日创办了剑桥处理器公司（Cambridge Processor Unit Ltd，CPU），他们要在自己的公司里完成他们感兴趣的项目。不久CPU公司获得了一份技术咨询合同，威尔士的Ace Coin Equipment（ACE）公司委托他们设计一款基于微处理器的赌博机控制器。最初，该项目使用的是美国国家半导体公司的SC/MP处理器，但不久又改为使用莫斯技术公司（MOS Technology）的6502处理器。

CPU公司不想浪费在SC/MP上的投资，也不想维护两条产品线。1979年3月，他们成立了艾康电脑公司（Acorn Computer Ltd）用以负责SC/MP的后续开发和销售。基于SC/MP的Acorn System 75是艾康电脑的第一款产品，起名为橡果（Acorn），其寓意是希望他们的微机业务像落地的橡果那样生根发芽，另外Acorn Computer与Apple Computer在电话簿上可以排在一起，并且更靠前。


艾康电脑的标识
此时，为了把安迪·霍珀（Andy Hopper）读博期间发明的剑桥环（Cambridge Ring）网络系统商业化。CPU公司与霍珀共同成立了奥比斯公司（Orbis）。因为霍珀能把CPU公司的产品推荐给剑桥大学电脑实验室，所以CPU公司就把霍珀找来做公司经理。后来，CPU公司收购了奥比斯公司，于是霍珀在奥比斯公司的股份成了CPU公司的股份。随着艾康品牌的不断成长，CPU公司就成为控股公司，而艾康电脑逐渐接手产品的开发工作。同时，柯里也正式离开了剑桥科学公司，但他并没有立即加入艾康电脑公司。

不久，ARM历史上的重要人物索菲·威尔逊（Sophie Wilson）出场了。威尔逊出生于1957年，毕业于剑桥大学数学系，1978年加盟艾康电脑公司。她是一位出色的数学家、电脑科学家和软件工程师。


索菲·威尔逊
威尔逊很快就开发出了艾康电脑，即后来的艾康-1（Acorn System 1），这是为工程技术人员设计的电脑，售价仅为80英镑。艾康-1吸引了许多电脑业余爱好者。艾康-1的外观小巧玲珑，由两块板子组成，一块板子上插着显示卡、键盘和磁带接口，另一块板子上有CPU等部件，处理器信号通过EuroCard接口连接。


艾康-1
威尔逊设计的艾康-2将艾康-1的CPU放在了一个19英寸的EuroCard支架上，系统可以支持更多的配件，大大增强了系统的扩展性。艾康-2有一个键盘控制器、一个外置键盘、一个文本显示接口和一个包含了BASIC编译器的磁带操作系统。艾康-3多了软盘，艾康-4多了第二个软盘驱动器，艾康-5则将艾康-4的CPU升级为莫斯泰克公司的2MHz 6502处理器。

1980年，受剑桥科学公司影响的柯里，启动了艾康原子电脑（Acorn Atom）项目，这是一台面向消费市场的电脑。柯里和另外一位电脑工程师在柯里的家里开始了艾康原子电脑的开发，此时柯里已是艾康电脑公司的全职员工了。

艾康电脑公司内有很多人不赞同柯里的项目，他们希望自己的产品远离消费市场，这些人认为一个致力于实验室设备的电脑公司生产家用电脑对公司形象不利。为了降低成本并说服对艾康原子电脑项目持怀疑态度的员工，柯里请工业设计师艾伦·布斯洛伊德（Allen Boothroyd）设计了一款可以同时作为艾康系列电脑外置键盘的艾康原子电脑外壳。然后柯里将艾康-3的内部元件放在键盘里面，做出了一款在20世纪80年代早期典型的廉价家用电脑——艾康原子电脑，艾康原子电脑卖得很好。同时，取名为预言家（Prophet）的商用电脑也推向了市场。


艾康原子电脑
为了加速软件开发，艾康电脑在公司内建造了一个专用局域网。后来该局域网的接口被内置于艾康电脑中，在1980年3月的一次电脑展上，8台联网的艾康原子电脑演示了文件共享和远程操作等功能。

艾康原子电脑上市之后，艾康电脑公司计划推出16位电脑来替代8位的艾康原子电脑。经过公司内部的激烈讨论后，豪泽提出了一个折中的方案——一款具有极大扩展能力的基于6502的电脑——艾康质子电脑。虽然艾康电脑公司的工程师以前都不看好艾康原子电脑，但这次他们认为公司在做“一件正确的事情”。

艾康质子电脑开发的是一个管道（Tube），即一个可以连接第二个CPU的专用接口。这样，面向消费市场的6502CPU就可以连接更高级的CPU。Tube可将数据处理的任务交给第二个CPU，而6502则只负责输入输出（Input/Output）。Tube在后续的艾康CPU开发中起到了重要的作用。

1980年年初，BBC的成人教育部门曾想推出一些普及电脑知识的节目。后来，这一想法成了一部纪录片，《强大的微电脑》（Mighty Micro）。在此片中，英国国家物理实验室的克里斯托弗·埃文思（Christopher Evans）博士预言了即将到来的微电脑革命。该纪录片产生了巨大的社会影响，议会也对此提出了一系列问题，并引发了英国工业界对此类节目的兴趣。BBC集团从中看到了与此类节目捆绑销售电脑的商机，为此它起草了一份与此节目配套的电脑规格。

当时，英国议会要求选用国产电脑，BBC选择了纽伯里实验室（Newbury Laboratories）生产的新脑（New Brain）电脑。纽伯里实验室是隶属于英国企业委员会的官营企业。新脑项目起初是作为辛克莱电器的开发项目，辛克莱电器在辛克莱离开后，被英国企业委员会转移到了纽伯里实验室名下。

纽伯里实验室在新脑开发方面投入了大量资金，但很快宣布他们并不打算生产新脑，这使科学与教育部的电脑普及计划和BBC的电脑规格，都无法按期完成。BBC的纪录片原定于1981年秋季上映，因此被推迟到了1982年春季。BBC为此开始接触其他生产商，柯里和辛克莱此时知道了BBC的计划。

BBC的管理人员参观了艾康电脑公司并观看了质子电脑的演示后，与艾康电脑公司签订了生产普及型电脑的合同，质子电脑被命名为BBC微电脑并于1981年12月发布。

1984年4月，艾康电脑公司生产的BBC微电脑获得了女王科技奖（Queen's Award for Technology），并赞扬艾康电脑“在开发微电脑系统的同时创造了许多新功能”。


艾康电子电脑
1980～1982年，英国科学与教育部（Department of Education and Science，DES）启动了微电脑教育计划，以此来推广微处理器的概念与教材。

1981～1986年，在政府资助下，英国的教育主管部门开始向学校提供电脑设备，BBC微电脑（BBC Micro）成了当时最受欢迎的电脑设备之一。在该计划中，学校可从BBC微电脑、ZX Spectrum或者Research Machines 308Z三款电脑中选择一款，只需半价。同时，英国科学与教育部另外追加投资，以提供更多的电脑器材、软件及教师培训。

1982年4月，辛克莱发布了ZX Spectrum，柯里想推出电子电脑并以此打入售价为200英镑以下的电脑市场。电子电脑的设计在很多方面都像是BBC微电脑的精简版。电子电脑用一块艾康电脑设计的自由逻辑阵列（ULA）还原了大部分功能，但在投产时ULA供货短缺。

1983年8月电子电脑开始销售，直到1983年的圣诞促销季时电子电脑的供货量仍然无法满足消费者需求。艾康电脑在1984年解决了ULA产能的问题，并获得了新的生产合同。电子电脑的这些坎坷使它的知名度无法超越BBC微电脑Model B。

BBC微电脑取得了预想不到的成功，艾康电脑预计销售1.2万台，结果却卖出了150万台。1983年，艾康电脑取得了盈利860万英镑的好成绩。由于BBC微电脑的销售业绩，艾康电脑的利润从1979年的3000英镑飙升到1983年6月的860万英镑。

1983年9月，在清算了CPU公司的股份之后，艾康电脑公司以艾康电脑集团的身份进入证券市场，艾康电脑公司成为它的微电脑部门。艾康集团上市当天的最低股价为每股120英镑，该集团立时拥有了1.35亿英镑的市值，剑桥处理器的创始人豪泽和柯里在新公司中拥有的股票价值则分别为6400万英镑和5100万英镑。

早在开发原子电脑时，艾康电脑公司就想到了6502处理器以后的技术。1985年，艾康电脑基于65816处理器开发的16位艾康通讯（Acorn Communicator）就是一例。

1981年8月12日，IBM PC正式发布。尽管IBM发布过类似于BBC微电脑这样的机型，但IBM PC的对象是商业市场。1983年，IBM推出了后续型号XT，在商业市场上获得了不错的反响。其他厂商推出的一系列基于Z80处理器和CP/M操作系统的电脑在商业市场上也开始暂露头角。这让艾康电脑公司认为进入商业市场的时机已到，因此它计划基于现有的技术开发商用电脑，其工作站电脑包括BBC微电脑主板，Tube接口和用以支持CP/M、MS-DOS和Unix（Xenix）操作系统的第二块处理器芯片。

艾康商业电脑设计方案需要使用第二块处理器与BBC微电脑平台接口，艾康电脑公司要在选用的各种处理器上实现Tube协议。1983年，艾康电脑公司仍无法找到合适的处理器来替代6502芯片，因为需要使用大量多周期不间断指令，这种在BBC微电脑的6502处理器上很容易实现的通信协议，在其他处理器上却无法正确实现。

基于国家半导体32016芯片的艾康商用电脑（Acorn Business Computer）被命名为剑桥工作站，该机型于1985年完成开发上市（操作系统为Panos）。1986年的广告中说，该工作站能在各种办公场合中使用，而且很便宜，税前售价为3480英镑，其性能堪比大型主机。该工作站可以使用大型主机上的编程语言，具备通信功能。该电脑的性能让威尔逊和史蒂夫·佛巴尔（Steve Furber）认识到内存带宽的价值，同时4Mhz的6502处理器限制了8Mhz 32016处理器性能的发挥。


ARM CPU的诞生

在苹果的丽莎电脑上市后，艾康电脑公司的工程师认识到他们需要开发一款图形化的操作系统，这就需要一个新的架构。

艾康电脑公司调查了市面上已有的处理器，想从中找出合适的候选者。在他们测试了这些处理器后，发现没有一款适合自己的产品，艾康电脑公司决定制定一款全新的电脑架构。当时，加州大学伯克利分校发表了RISC构架白皮书。艾康电脑公司的工程师参观了莫斯泰克公司在凤凰城的西部设计中心，6502处理器就是由该设计中心设计的。威尔逊和佛巴尔意识到设计处理器并不需要很多资源和尖端设备。

才华横溢的电脑科学家威尔逊和佛巴尔负责为BBC微电脑设计了32位微处理器。因为公司资源匮乏，所以设计必须精良简洁。威尔逊负责开发指令集，佛巴尔负责芯片设计。

威尔逊很快就用BBC Basic编写了模拟器，并将其运行在一台装备有第二块6502处理器的BBC微电脑上，这是为了说服艾康电脑公司的工程师。威尔逊向豪泽解释了她的计划，很快一个以威尔逊为主管的设计小组成立了，其目标是将具有全新构架——ARM的处理器原型以硬件的形式做出来。首个ARM设计是基于808行的Basic代码，用威尔逊在一次电传采访中说：“我们事先很仔细地考虑了各种因素，才得以完成这项任务。”


最初的ARM构架
1983年10月，ARM计划正式启动。曾为艾康电脑公司提供ROM和定制芯片的VLSI Technology Inc被选为代工合作伙伴。

1985年4月26日，VLSI生产出了第一块使用RISC指令集的ARM芯片，名为ARM-1。ARM-1最初是BBC微电脑的协处理器芯片，它被用来开发仿真软件，它能支持芯片VIDC、IOC、MEMC的开发，并加快了ARM-2开发时所用到的CAD软件的运行速度。开发者可通过ARM评估系统试用这款全新的处理器，BBC微电脑和PC兼容的开发系统也在规划之中。


BBC微电脑上的ARM-1芯片
RISC是精简指令集电脑（Reduced Instruction Set Computer）的缩写，它支持的指令很简单，因此功耗小、价格便宜，比较合适移动设备。早期使用ARM芯片的典型设备，是苹果公司的牛顿PDA。

ARM的广告宣传是针对技术专家而非消费和教育市场的，广告中列出了详细的技术规格。威尔逊还以ARM汇编语言重写了BBC Basic编译器，因为威尔逊对ARM指令集有很深入的了解，因此ARM版的BBC Basic代码十分紧凑，使其成为测试ARM模拟器的最佳工具。

在开发ARM处理器时，1985年奥利维蒂（Olivetti）控股艾康电脑公司的谈判也在秘密进行，但ARM处理器开发团队没人知道谈判的事情。

1992年，艾康电脑公司的ARM处理器再次获得“女王科技奖”。艾康电脑公司的RISC OS操作系统的开发也在此时达到顶峰，操作系统开发员工达200人。艾康电脑公司的C/C++此时也通过商业渠道向开发者开放了。

2008年，英国电脑保护协会在伦敦科学博物馆举办了纪念BBC微电脑的活动，一些当年的BBC微电脑创造者参与了该活动，威尔逊讲述了豪泽当年是如何欺骗了她和佛巴尔同意在不到五天的时间内制造出一台实体原型机的故事。


2008年，参加BBC微电脑纪念活动的BBC微电脑创造者
1984年，艾康电脑公司上市。这时艾康电脑公司的家用电脑产品表现很差。在这一年中维利达被出售，苹果濒临破产，艾康电脑公司也被其产能问题困扰。

艾康电子电脑在1983年就已面市，但因ULA的供货问题，艾康电脑公司无法在1983年圣诞节的促销季大卖。凭借其成功的营销活动和电视广告得到了30万份订单，但马来西亚的供货商只能提供3万台机器，市场对艾康电子的强烈需求未能转化成公司利润，因此人们以Commodore 64和ZX Spectrums代替艾康电子作为孩子们的圣诞礼物。

1984年，法郎泰公司（Ferranti）解决了产能的问题，使艾康电子的产量达到预期，但艾康电脑公司与供应商的合同却没有足够的灵活性以应对销售量骤减的情况，大批艾康电子陆续交货，而艾康电脑公司的困境也由此开始，大约有25万台艾康电子电脑被堆积在仓库中，他们还得支付一笔仓储费。

此时的艾康电脑公司仍在花费大量资金用于新产品开发，BBC大师（BBC Master）刚刚开发完成，ARM项目正在进行中，艾康商用电脑的开发也占用了大量时间，但最终也未能完成，只有基于32016处理器的版本（即剑桥工作站）上市销售了。

艾康电脑想把BBC微电脑推向美国市场，但这必须获得美国联邦政府的批准。这是一个漫长、昂贵且徒劳无功的过程，因为所有与BBC微电脑一起销售的产品都必须减少电磁辐射并通过相关测试。BBC微电脑在美国的运营花费了2000万美元，但是NTSC制式的BBC微电脑的销售却一直不见起色。唯一值得欣慰的是BBC微电脑在1984年的电影《女超人》中得以亮相。


艾康电脑公司的财务危机一直持续到1985年2月，此时已有一位艾康电脑公司的债权人提出了清算申请。经协商后，柯里和豪泽在2月20日与意大利电脑公司奥利维蒂签署了股权转让协议，将艾康电脑公司的49.3%股份以1200万英镑转让给奥利维蒂，这一交易补偿了艾康电脑公司之前6个月的1100万英镑的损失。收购中，艾康电脑公司的估值仅为2500万英镑，较巅峰时的1.9亿英镑缩水了1.65亿英镑。

1985年9月，奥利维蒂曾一度持有79%的艾康电脑公司的股份，1996年7月，奥利维蒂宣布出售14.7%的股份给雷曼兄弟，并将自己持有的股份减少到31.2%。雷曼兄弟表示，它计划转售股份给其他投资者。

1985年12月，艾康电脑公司的用户杂志公布了面向OEM客户的通信者（Communicator）电脑。作为艾康电脑对国际电脑（International Computers Limited，ICL）公司的“每张桌子一台电脑”倡议的回应。艾康通信者电脑配备有16位的65SC816处理器，标配128K内存，可以升级到512K，额外配置依靠电池供电的非易失性内存。艾康通信者具有多任务操作系统，四个内置ROM插槽，预装有类似视窗的基于“视图”的软件。艾康通信者还有电话功能、配套的通信软件和具有自动应答、自动拨号功能的调制解调器。

1986年2月，艾康电脑公司宣布停止在美国销售电脑，并将剩余的美版BBC微电脑以125万美元的价格卖给了Datum的子公司——位于得克萨斯的“Basic”，“Basic”是一家墨西哥制造商，生产西班牙语版本的BBC微电脑（带有西班牙语键盘）。同时艾康电脑公司关闭了在马萨诸塞州沃本市的销售办公室。

1986年2月，艾康电脑公司发布了BBC大师，这是一款相当成功的产品。1986～1989年，艾康电脑公司卖出了20万台BBC大师，这款售价为499英镑的电脑主要面向英国的学校。此后，艾康电脑公司陆续推出了BBC大师的改进型号，如大师512，配有512K内存和80186处理器，与MS-DOS系统兼容，而Master Turbo装有65C102作为第二个处理器。

第一款具有ARM架构的商用产品是ARM开发系统，被用作第二处理器经Tube接口连接到BBC大师上的新系统编写程序。ARM开发系统的售价为4500英镑，配有ARM处理器，4MB内存和一系列开发工具，以及增强版本的BBC BASIC。

第二款具有ARM架构的商用产品是ARM艾康阿基米德（Acorn Archimedes）系统，该产品增加了三块辅助芯片：VIDC、MEMC和IOC。ARM开发系统里没有这三块辅助芯片。这三块芯片最早出现在一款外形与ARM开发系统类似的，仅在艾康电脑公司内部使用的A500附加处理器中。


艾康阿基米德于1987年发布，它比IBM的RISC电脑PC/RT晚了一年半，但这是第一款使用RISC处理器的家用电脑。艾康阿基米德在英国、澳大利亚和爱尔兰都很受欢迎，其功能也比当时大多数家用电脑强大很多。艾康阿基米德在电视和报纸上投放了很多广告，其中一版广告展示了RISC OS 2系统的桌面设计图和应用程序目录软件，以及添加在窗口中的广告文字。当时，大多数家用电脑用户仍然选择购买Atari ST或Commodore Amiga来升级他们的8位微电脑，艾康阿基米德更多地被学校采用。

ARM公司成立

20世纪90年代初，微电脑市场开始由PC主导，艾康电脑公司仍继续生产艾康阿基米德的升级版，甚至还推出了一款笔记本电脑。1994年，艾康电脑推出了RISC PC，最高版本装有超过200Mhz的Strong ARM处理器，学校、技术专家和发烧友是艾康电脑此时的主要购买者。

VLSI，在作为艾康电脑半导体代工伙伴的同时，一直在为ARM处理器寻找更多的应用途径。豪泽的Active Book公司开发了一款新的手持设备，而ARM处理器的开发者为此开发了ARM处理器的静态版本——ARM2aS。

苹果要为它的牛顿（Newton）电脑开发一个全新的平台，新平台在耗电量、成本和性能上提出了许多新要求，并要求该平台能全静态操作，而时钟可以在任何时候停止，在当时只有ARM能满足这些要求，但此时的ARM仍有些缺陷。

1990年11月27日，艾康电脑公司的ARM处理器开发研发部门从艾康集团分离出来，与苹果和VLSI一起成立了一家以开发ARM处理器为目的的新公司，ARM公司（Advanced RISC Machines Ltd），意为高级精简指令集计算机。

苹果加入的原因是它想使用ARM的技术，却不想用基于艾康电脑公司IP的产品，因为艾康电脑公司是苹果的竞争对手。苹果出资150万英镑，芯片厂商VLSI出资25万英镑并提供半导体代工业务，艾康电脑公司以150万英镑的知识产权和12名工程师入股，ARM公司由此诞生，公司的办公地点非常“奢华”，一个位于剑桥的谷仓。


ARM公司最初的办公地点
艾康集团和苹果各占ARM公司股权的43%，VLSI既是ARM的半导体代工者，也是第一个获得ARM授权的芯片厂商。

1993年，苹果推出了装有ARM处理器的牛顿掌上电脑。这款高科技产品并不出色，苹果高估了当时可以利用的技术。牛顿掌上电脑的缺陷大大降低了其实用性。从牛顿掌上电脑的失败中，ARM公司认识到要保持成功不能依赖个别产品。

于是，ARM公司的CEO卢宾·沙克斯比（Robin Saxby）引进了IP商业模式。ARM公司将处理器授权给许多芯片生产厂商，并收取前期许可费，以及后期生产硅片的专利使用费。这使得ARM公司与这些芯片生产厂商之间建立了互惠的合作关系，有效地加快了芯片的上市速度。这是一种很少见的商业模式，但这种模式非常适合在一个大型系统中使用ARM架构。


装有ARM处理器的苹果的牛顿掌上电脑
1993年，与德州仪器的合作给ARM公司带来了重要的突破，同时也给ARM公司树立了声誉，并证实了该公司独特的授权商业模式的可行性。这次合作促使ARM公司正式确定了其授权商业模式并着手开发更多性价比高的产品的经营方针。

很快，与三星和夏普的合作让ARM公司建立了业内的关系网。这种关系网可以让更多的公司支持ARM的产品，从而给ARM公司带来更多的授权合作机会同时授权合作也带来了开发RISC架构的新契机。ARM公司相对小规模和动态文化在产品开发方面为其提供了从设计到产品的时间优势。


ARM的商业模式
进入移动设备领域

1994年，ARM公司有了一次最大的突破。当时正值移动设备革命期间，小型移动设备已成现实。在移动设备革命中，ARM公司占尽天时地利。诺基亚在即将推出的GSM手机上将用到德州仪器的基于ARM的系统设计。

最初，为了减少内存，诺基亚反对使用ARM，因为手机的生产总体系统的成本有限。于是，ARM专门开发了16位的定制指令集，缩减了内存，该设计由德州仪器授权并出售给诺基亚。诺基亚6110是第一部采用ARM处理器的GSM手机，上市后获得了极大的成功。

ARM-7成为ARM的旗舰移动设计，此后被授权给超过165家公司。自1994年以来，这些公司生产了超过100亿个芯片。

1997年年底，ARM已成为一家年营收达2660万英镑、净收入达290万英镑的私营公司。至此公司上市的时机已成熟。