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ARM(英国ARM公司)

英国ARM公司是全球领先的半导体知识产权(IP)提供商。全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构 。ARM设计了大量高性价比、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。2014年基于ARM技术的全年全球出货量是120亿颗,从诞生到现在为止基于ARM技术的芯片有600亿颗 。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。在智能机、平板电脑、嵌入控制、多媒体数字等处理器领域拥有主导地位。

2016年7月18日消息,日本软银已经同意以234亿英镑(约合310亿美元)的价格收购英国芯片设计公司ARM。软银认为,凭借这笔收购,ARM将让软银成为下一个潜力巨大的科技市场(即物联网)的领导者。

这笔交易将在周一早晨宣布。软银和ARM暂时都未对此发表评论。

ARM Holdings 是全球领先的半导体知识产权(IP)提供商,并因此在数字电子产品的开发中处于核心地位。ARM 公司的总部位于英国剑桥,它拥有 1700 多名员工,在全球设立了多个办事处,其中包括比利时、法国、印度、瑞典和美国的设计中心。

ARM公司是苹果、诺基亚、Acorn、VLSI、Technology等公司的合资企业。

ARM公司通过出售芯片技术授权,建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式。ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商,每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系,ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。

总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议,其中包括Intel、IBM、三星半导体、NEC、SONY、飞利浦和NI这样的大公司。至于软件系统的合伙人,则包括微软、SUN和MRI等一系列知名公司。

1991 年ARM 公司成立于英国剑桥,主要出售芯片设计技术的授权。采用ARM技术知识产权(IP核)的微处理器,即我们通常所说的ARM 微处理器,已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场,基于ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位RISC 微处理器75 %以上的市场份额,ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

20世纪90年代,ARM公司的业绩平平,处理器的出货量徘徊不前。由于资金短缺,ARM做出了一个意义深远的决定:自己不制造芯片,只将芯片的设计方案授权给其他公司,由它们来生产。正是这个模式,最终使得ARM芯片遍地开花,埋验战颈将封闭设计的Intel公司置于“人民战争”的汪洋大海。

进入21世纪之后,由于手机制造行业的快速发展,出货量呈现爆炸式增长,ARM处理器占领了全球手机市场。2006年,全球ARM芯片出货量为20亿片,2010年,ARM合作伙伴的出货量达到了60亿。

ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片设计开发的公司,作为知识产权供多重探应商,本身不直接从事芯片生产,靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片,世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核,根据各自不同的应用领域,加入适当的外围电路,从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM 公司的授权,因此既使得ARM 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持,又使整个系统成本降低,使产品更容易进入市场被消费者所定项壳接受,更具有竞争力。

ARM商品模式的强大之处在于它在世界范围有超过100个的合作伙伴。ARM 采用转让许可证制度,由合作伙伴生产芯片。

2007年底,ARM的雇员总数为1728人,持有专利700项(另有900项正在申请批准中),全球分支机构31家,合作伙伴200家,年收入2.6亿英镑。

ARM 的商业模式主要涉及 IP 的设计和许可,而非生产和销售实际的半导体芯片。ARM向合作伙伴网络(包括世界领先的半导体公司和系统公司)授予 IP 许可证。这些合作伙伴可利用 ARM 的 IP 设计创造和生产片上系统设计,但需要向 ARM 支付原始 IP 的许可费用并为每块生产的芯片或晶片交纳版税。除了处理器 IP 外,ARM还提供了一系列工具、物理和系统 IP 来优化片上系统设计。

正因为 ARM 的 IP 多种多样以及支持基于 ARM 的解决方案的芯片和软件体系十分庞大,全球领先的原始设备制造商(OEM)都在广泛使用 ARM 技术,应用领域涉及手机、数字机顶盒以及汽车制动系统和网络路由器。当今,全球 95% 以上的手机以及超过四分之一的电子设备都在使用 ARM 技术。

ARM 公司本身并不靠自有的设计来制造或出售CPU,而是将处理器架构授权给有兴趣的厂家。ARM 提供了多样的授权条款,包括售价与散播性等项目。对于授权方来说,ARM 提供了ARM内核的整合硬件叙述,包含完整的软件开发工具(编译器、debugger、SDK),以及针对内含ARM CPU硅芯片的销售权。对于无晶圆厂的授权方来说,其希望能将ARM 内核整合到府故灶他们嫌跨懂自行研发的芯片设计中,通常就仅针对取得一份生产就绪的知识产权内核(IP Core)认证。对这些客户来说,ARM 会释出所选的ARM 核心的凳杠闸极电路图,连同抽象模拟模型和测试程式,以协助设计整合和验证。需求更多的客户,包括整合元件制造商(IDM)和晶圆厂家,就选择可合成巩厚堡棕的RTL(暂存器转移层级,如Verilog)形式来取得处理器的知识产权(IP)。借助可整合的RTL,客户就有能力能进行架构上的最佳化与加强。这个方式能让设计者完成额外的设计目标(如高震荡频率、低能量耗损、指令集延伸等)而不会受限于无法更动的电路图。虽然 ARM 并不授予受权方再次出售ARM 架构本身,但受权方可以任意地出售制品(如芯片元件、评估板、完整系统等)。商用晶圆厂是特殊例子,因为他们不仅授予能出售包含ARM 内核的硅晶成品,对其它客户来讲,他们通常也保留重制ARM 内核的权利。

就像大多数IP 出售方,ARM 依照使用价值来决定IP 的售价。在架构上而言,更低效能的ARM 内核比更高效能的内核拥有较低的授权费。以硅芯片实作而言,一颗可整合的内核要比一颗硬件宏(黑箱)内核要来得贵。更复杂的价位问题来讲,持有ARM 授权的商用晶圆厂(例如韩国三星和日本富士通)可以提供更低的授权价格给他们的晶圆厂客户。透过晶圆厂自有的设计技术,客户可以更低或是免费的ARM预付授权费来取得ARM 内核。相较于不具备自有设计技术的专门半导体晶圆厂(如台积电和联电),富士通/三星对每片晶圆多收取了两至三倍的费用。对中少量的应用而言,具备设计部门的晶圆厂提供较低的整体价格(透过授权费用的补助)。对于量产而言,由于长期的成本缩减可借由更低的晶圆价格,减少ARM的NRE成本,使得专门的晶圆厂也成了一个更好的选择。

许多半导体公司持有ARM 授权:Atmel、Broadcom、Cirrus Logic、Freescale(于2004从摩托罗拉公司独立出来)、Qualcomm、富士通、英特尔(借由和Digital的控诉调停)、IBM,英飞凌科技,任天堂,恩智浦半导体(于2006年从飞利浦独立出来)、OKI电气工业,三星电子,Sharp,STMicroelectronics,德州仪器和VLSI等许多这些公司均拥有各个不同形式的ARM授权。虽然ARM的授权项目由保密合约所涵盖,在智慧财产权工业,ARM是广为人知最昂贵的CPU内核之一。单一的客户产品包含一个基本的ARM 内核可能就需索取一次高达美金20万的授权费用。而若是牵涉到大量架构上修改,则费用就可能超过千万美元。

ARM(Asynchronous Response Mode:异步响应方式)也是一种非平衡数据链路操作方式,与NRM不同的是,ARM下的传输过程由从站启动。从站主动发送给主站的一个或一组帧中可包含有信息,也可以是仅以控制为目的而发的帧。在这种操作方式下,由从站来控制超时和重发。该方式对采用轮询方式的多站链路来说是必不可少的。

ARM 微处理器包括下面几个系列,以及其它厂商基于 ARM 体系结构的处理器,除了具有ARM 体系结构的共同特点以外,每一个系列的 ARM 微处理器都有各自的特点和应用领域。
  ARM7 系列

ARM9 系列
  ARM9E 系列
  ARM10E 系列
  SecurCore 系列
  Intel 的 Xscale
  Intel 的 StrongARM
  其中, ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列,每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。 SecurCore 系列专门为安全要求较高的应用而设计。

(1)arm 7

ARM7 系列微处理器为低功耗的 32 位 RISC 处理器,最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。 ARM7 微处理器系列具有如下特点:
  具有嵌入式 ICE-RT 逻辑,调试开发方便。
  极低的功耗,适合对功耗要求较高的应用,如便携式产品。
  能够提供 0.9MIPS/MHz 的三级流水线结构。
  代码密度高并兼容 16 位的 Thumb 指令集。
  对操作系统的支持广泛,包括 Windows CE 、 Linux 、 Palm OS 等。

指令系统与 ARM9 系列、 ARM9E 系列和 ARM10E 系列兼容,便于用户的产品升级换代。
  主频最高可达 130MIPS ,高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。
  ARM7 系列微处理器的主要应用领域为:工业控制、 Internet 设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。
  ARM7 系列微处理器包括如下几种类型的核: ARM7TDMI 、 ARM7TDMI-S 、ARM720T 、 ARM7EJ 。其中, ARM7TDMI是目前使用最广泛的 32 位嵌入式 RISC 处理器,属低端ARM 处理器核。 TDMI 的基本含义为:
  T : 支持 16 位压缩指令集 Thumb
  D : 支持片上 Debug
  M :内嵌硬件乘法器
  I : 嵌入式 ICE ,支持片上断点和调试点

(2)arm 9

ARM9 系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点:
  5 级整数流水线,指令执行效率更高。
  提供 1.1MIPS/MHz 的哈佛结构。
  支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。
  支持 32 位的高速 AMBA 总线接口。
  全性能的 MMU ,支持 Windows CE 、 Linux 、 Palm OS 等多种主流嵌入式操作系统。
  MPU 支持实时操作系统。
  支持数据 Cache 和指令 Cache ,具有更高的指令和数据处理能力。
  ARM9 系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字, 照相机和数字摄像机等。
  ARM9 系列微处理器包含 ARM920T 、 ARM922T 和 ARM940T 三种类型,以适用于不同的应用场合

(3)arm9e

ARM9E 系列微处理器为可综合处理器,使用单一的处理器内核提供了微控制器、 DSP 、 Java应用系统的解决方案,极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。 ARM9E 系列微处理器提供了增强的 DSP 处理能力,很适合于那些需要同时使用 DSP 和微控制器的应用场合。
  ARM9E 系列微处理器的主要特点如下:
  支持 DSP 指令集,适合于需要高速数字信号处理的场合。
  5 级整数流水线,指令执行效率更高。
  支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。
  支持 32 位的高速 AMBA 总线接口。
  支持 VFP9 浮点处理协处理器。
  全性能的 MMU ,支持 Windows CE 、 Linux 、 Palm OS 等多种主流嵌入式操 作系统。
  MPU 支持实时操作系统。
  支持数据 Cache 和指令 Cache ,具有更高的指令和数据处理能力。
  主频最高可达 300MIPS 。
  ARM9E 系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。
  ARM9E 系列微处理器包含 ARM926EJ-S 、 ARM946E-S 和 ARM966E-S 三种类型,以适用于不同的应用场合。

(4)arm10e

ARM10E 系列微处理器具有高性能、低功耗的特点,由于采用了新的体系结构,与同等的 ARM9器件相比较,在同样的时钟频率下,性能提高了近 50 %,同时, ARM10E 系列微处理器采用了两种先进的节能方式,使其功耗极低。
  ARM10E 系列微处理器的主要特点如下:
  支持 DSP 指令集,适合于需要高速数字信号处理的场合。
  6 级整数流水线,指令执行效率更高。
  支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。
  支持 32 位的高速 AMBA 总线接口。
  支持 VFP10 浮点处理协处理器。
  全性能的 MMU ,支持 Windows CE 、 Linux 、 Palm OS 等多种主流嵌入式操作系统。 </p>
  支持数据 Cache 和指令 Cache ,具有更高的指令和数据处理能力
  主频最高可达 400MIPS 。
  内嵌并行读 / 写操作部件。
  ARM10E 系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。
  ARM10E 系列微处理器包含 ARM1020E 、 ARM1022E 和 ARM1026EJ-S 三种类型,以适用于不同的应用场合。

(5)SecurCore

SecurCore 系列微处理器专为安全需要而设计,提供了完善的 32 位 RISC 技术的安全解决方案,因此, SecurCore 系列微处理器除了具有 ARM 体系结构的低功耗、高性能的特点外,还具有其独特的优势,即提供了对安全解决方案的支持。
  SecurCore 系列微处理器除了具有 ARM 体系结构各种主要特点外,还在系统安全方面具有如下的特点:
  带有灵活的保护单元,以确保操作系统和应用数据的安全。
  采用软内核技术,防止外部对其进行扫描探测。
  可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。
  SecurCore 系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统,如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。
  SecurCore 系列微处理器包含 SecurCore SC100 、 SecurCore SC110 、 SecurCore SC200 和 SecurCore SC210 四种类型,以适用于不同的应用场合。

(6)StrongARM

Intel StrongARM SA-1100 处理器是采用 ARM 体系结构高度集成的 32 位 RISC 微处理器。它融合了 Intel 公司的设计和处理技术以及 ARM 体系结构的电源效率,采用在软件上兼容 ARMv4 体系结构、同时采用具有 Intel 技术优点的体系结构。
  Intel StrongARM 处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择,已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产品。

(7)Xscale

Xscale 处理器是基于 ARMv5TE 体系结构的解决方案,是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持 16 位的 Thumb 指令和 DSP 指令集,已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。
  Xscale 处理器是 Intel 主要推广的一款 ARM 微处理器。

竞争对手:英特尔

市场份额

手机处理器90%的市场份额

上网本处理器30%的市场份额

平板电脑处理器70%的市场份额

PC处理器

AMD公司正在推动其基于ARM技术的芯片,宣布在2014年下半年推出新的“西雅图”ARM处理器。

AMD不是第一个致力于生产基于ARM处理器的制造商,应用微电路在四月推出了自己系统的64位ARM芯片。芯片上“系统”(SOC)的名字几乎描述了这些设备是什么:整个服务器的硬件装到一个小芯片里面。只有只读存储器,硬盘驱动器或固态存储是不存在的。

ARM和英特尔

“传统”的计算设备,如笔记本电脑,台式电脑,服务器,英特尔,AMD,它是相当多的。英特尔x86架构的PC已经存在了30多年,其竞争对手只有AMD。

Intel和AMD处理器,它们有许多相同的功能和架构,有很多共同的东西。对于一件事,它们是非常强大的,因为它们已经出现了这么长的时间,大量的机器运行的操作系统都依靠这些芯片,包括Windows,Mac OS X和Linux。

ARM开发的核心架构授权给任何硬件制造商进行设计,并生产自己的处理器。由于ARM处理器的设计方式使得功率非常小,这使得它们非常适合用于个人电子设备。

ARM公司中国总部设立在上海,执行中国地区所有的产品业务和售后支持。其中在深圳设有办事处,专门处理ARM相关技术问题。

ARM在中国主要从事ARM IP内核方面的工作,对于 ARM软件工具,包括DS-5,RVDS,MDK-ARM等则不直接进行销售,由其中国区代理商亿道电子作为渠道分销商,负责销售开发工具和客户服务。

ARM为什么没有大发横财?该公司创立于24年前,由苹果公司为其招募了数十名工程师,专门为苹果早期的Newton手持设备开发芯片。由于毗邻剑桥大学,所以ARM的总部所在地并不缺乏人才,但对于科技行业而言,那里却显得有些偏远。在这样的环境中,ARM开始集中精力为鲜为人知的移动设备开发低能耗芯片,并且不遗余力地与其他企业结盟。

英特尔的芯片都由它自己生产,而ARM则将芯片架构的设计授权给苹果等企业使用,然后进行定制,并花钱聘请承包商来生产。“英特尔花了很长时间打造了自己的品牌,让消费者形成了这样一种观念:使用他们芯片的产品值得多花些钱。”希加斯说,“我们没有关注这一方面,我们的重点是生产体积小、能耗低的芯片,并打造一个庞大而多样的生态系统。”

久而久之,计算市场的天平偏向了ARM一边,它那廉价、高效的芯片广受欢迎——首先被诺基亚采用,随后又逐渐被各大品牌接受。然而,由于自身的商业模式所限,在客户业绩蒸蒸日上的同时,ARM却并没有获得太大利益。

ARM还在游说AMD使用ARM的核心授权,但一直未得到正面回复。虽说去年AMD已经宣布即将推出arm处理器,但是关于具体产品仍旧是犹抱琵琶半遮面。

ARM一直强调高效能、低功耗的IP核心技术,但ARM此前一直在32位不断扩展市场,ARM64位系列已经在去年底推出。ARM生态系统尚未完全成型,但是各大处理器厂商已经纷纷摩拳擦掌,开始“攻城”。

在arm市场中竞争已经开始,但是不妨碍AMD在arm上的发展,因为AMD有着更为丰富的服务器处理器设计经验。

2019年5月22日,据英国广播公司(BBC)报道,英国芯片设计商ARM指示员工停止与华为及其子公司的“所有有效合同”,以遵守最近的美国贸易限制。ARM的设计构成了全球大多数移动设备处理器的基础,其设计包含“美国原产技术”。

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