ARM架构的崛起，智能手机SoC发展史

手机的高通骁龙处理器、联发科天玑处理器、苹果 A 系列处理器、三星 Exynos 处理器、华为麒麟处理器，大家或多或少都有些了解，但是有人知道吗？其实他们大多采用的都是 ARM 架构，即便不是 ARM 架构，也是源自 ARM 指令集研发而来，比如今年的骁龙 8 处理器、天玑 9000 处理器均采用的是最新 ArmV9 架构。为什么 ARM 在手机处理器领域这么火呢？今天就和大家来聊一聊。

ARM 诞生

在 1978 年，由工程师 Chris Curry 与物理学博士 Hermann Hauser 两位 30 多岁的年轻人，在英国剑桥成立了 Cambridge Processing Unit（中文直译：剑桥处理单元），同年公司改名为 Acorn Computer Ltd，也就是 ARM 公司的前身，起初是为类如老虎机等游戏机设计微处理器控制器，后来有钱之后开始做微型计算机，推出的第一款微型计算机 Acorn Atom。

在 1981 年，Acorn 迎来了第一次发展的机遇，拿下了 BBC 英国广播公司一个微型计算机的大订单，采用了 MOS 6502 的 8 位微核处理器，在同年 12 月份，Acorn 推出了 BBC micro 微型计算机，一经发布直接主导了当时英国的计算机教育市场，大获成功，这也奠定了 Acorn 发展的基础。在 1984 年，Acorn 公司还获得了 BBC 女王技术奖，表扬了 BBC micro 的先进设计。

在 1983 年，Acorn 想要进入微型机商业市场，但是当时采用的 6502 处理器无法满足新的硬件需求，在当时处理器上有两个选择，一是采用摩托罗拉公司的 16 位芯片，但这款芯片价格高而且执行速度慢，另外一个选择是英特尔的 80286 芯片，但是被英特尔无情的拒绝，或许是嫌弃当时 Acorn 公司太小。

可能是因为英特尔的拒绝，刺激到了 Acorn，决定自己搞芯片，这也是 Acorn 公司改变命运的关键时刻。

随后，Hermann Hauser 邀请剑桥大学计算机科学家 Sophie Wilson 和 Steve Furber，经过不断努力研发之后，在 1985 年，Acorn 开发了基于 RISC 指令集的 32 位微处理器，被命名为 Acorn RISC Machine（简称：ARM），由芯片代工厂 VLSI 公司生产。

RISC 的全称是精简指令集计算机，由于支持的指令简单、这也意味着高效与低功耗而且价格便宜，因而设计低功耗处理器也是 ARM 的强项，这也奠定了 ARM 处理器在手机等移动设备的基础。

但是在 1985 年的时候，此时 Acorn 公司由于经营问题导致大幅亏损。在 1990 年，由 Acorn 计算机公司、苹果计算机、VLSI Technology 合资成立了 ARM（全称：Advanced RISC Machines）公司。当时 Acorn 提供工程师、苹果提供资金、VLSI Technology 则提供设备，由此真正的 ARM 诞生了。

授权芯片

但是在 ARM 公司成立初期，业务发展一般般，虽然 ARM 架构的功耗与成本都低，但当时推出的产品线也因为性能问题被英特尔的 X86 架构吊打。比如在 1993 年，苹果首款掌上电脑 Apple Newton 采用 ARM 610 RISC CPU 以及 640KB 的 RAM 和 4MB 的 ROM，体验并不如意，手写识别率很低，售价高昂令人望而止步。

这个时候，ARM 引入 IP 商业模式，自己不制造芯片，将芯片设计方案授权给半导体公司，收取前期的授权费以及后期生产芯片的专利使用费，好处是将风险降低，与其它公司建立互惠互利的关系，共同努力实现利益最大化，同时也推动了芯片上市的步伐。

在 1993 年，ARM 公司将产品授权给凌云逻辑（Cirrus Logic）与德州仪器 ( TI ) ，其中与德州仪器的合作取得了重要的突破，为 ARM 公司树立了声誉，同时也证明了 IP 授权的商业模式可行性，随后与 ARM 合作的公司也越来越多，包括德州仪器、三星、夏普等半导体的巨头。

杀入手机市场

到了 20 世纪 90 年代，属于移动电话的时代到来，ARM 拿下了当时手机的大佬——诺基亚。在 1994 年，第一部采用 ARM 处理器的 GSM 手机——诺基亚 6110，上市之后大获成功，随后高通、飞思卡尔、美国 DEC 公司也相继加入了 ARM-7 的授权阵营，ARM-7 也成为了 ARM 的旗舰移动设计。

借助 ARM 授权的德州仪器，在起初的手机市场占据了绝对的主导地位，TI（德州仪器）旗下的 OMAP1710 处理器在诺基亚 Symbian 系统大获成功之后，也是陆续推出了一系列的 OMAP 处理器，旗下的 OMAP 系列处理器也一直是诺基亚、多普达等手机的御用 CPU。

在这种 " 天时地利 " 的发展机遇下，ARM 也迎来了高速的发展，到了 1998 年，ARM 公司同时在英国与美国上市，上市之后股价飙升，几个月内就成为了价值超十亿美元的公司，而这不过是 ARM 腾飞的开始。

智能手机时代

到了 21 世纪，随着 iPhone 手机的热销以及 Android 系统的推出，智能手机发展迅猛，开始进入全民智能移动手机时代，功耗低、续航长成为手机的主要需求，而这需求正好是 ARM 架构的长处，芯片行业出现爆发式的增长，这也让支持苹果手机以及安卓手机芯片的 ARM，一跃成为了手机行业的王者。

首款 iPhone 就是采用的 ARM 公司设计的芯片，但是这款芯片不是苹果自己研发的，而是外包给了三星，但是由于苹果没有自己的芯片专家，导致三星为自己提供的芯片性能一般，这个时候乔布斯意识到想要取得领先优势，自研芯片一定是最为重要的一环节，于是开始组建芯片研发团队。

这个时候可能有人注意到了，苹果不是 ARM 公司的联合创始人之一吗？没错，但是在 1997 年，苹果由于经营惨淡，为了更好发展，乔布斯出售了苹果持有的 ARM 股份。

到了 2008 年，苹果收购了一家微处理器设计公司，同年获得了 ARM 芯片技术授权，开始了基于 ARM 架构的芯片自研之路。2010 年，苹果发布的 iPhone4 上采用了 A4 处理器，采用三星 45nm 制程工艺，800MHz 的 ARM Cortex-A8 的单核心处理器，但是该款处理器上还能看到不少三星的影子，因而不过还算不上真正的自研芯片。

2013 年，苹果推出了采用 ARM-v8 64 位指令集以及自家 Cyclone 架构的 A7 处理器，主频为 1.3GHz，采用三星 28nm 制程工艺，打开了手机处理器 64 位的大门，同时能效比实现了对 ARM Cortex A 系列的反超，具有跨时代的意义，这也打得当时安卓手机阵营措手不急。

2013 年，高通启用新的命名以及划分方案，提出骁龙 200、骁龙 400、骁龙 600 以及骁龙 800 系列，开始注重品牌化，提出了类似 Intel Inside 的概念。而这随后，手机厂商在发布新机时，也是开始习惯介绍 " 采用高通骁龙处理器 "，尤其是高端旗舰手机，直至现在依旧如此。

2014 年年底，高通匆忙发布了 64 位处理器——骁龙 810，CPU 使用的是 ARM 的 4 颗 Cortex-A75 以及 4 颗 Cortex-A53，采用 20nm 制程工艺，但是这款处理器在 2015 年上市之后，手机表现非常差，发热严重，成为一代 " 经典 "，而骁龙 810 也被冠以 " 火龙 " 的称号。

随后 2016 年，高通推出了基于 ARMv8 指令集自主研发的 Kyro 架构，随后的骁龙 835、骁龙 845、骁龙 855、骁龙 865 均采用魔改 ARM 架构的 CPU 内核。明明大家都是采用 ARM 架构，为什么苹果处理器就这么强呢？

第一种：苹果采用的是架构 / 指令集层级授权，可以根据现有的架构或者指令集进行二次定制修改，苹果就是只是采用了 ARM 的指令集，其它全部自研，包括 CPU、GPU 等微架构，都是根据 ARM 的指令集自己研发，依靠自身的研发技术，实力最强。高通的 Kyro 也是基于 ARMv7 指令集自研的微架构。

第二种：高通属于采用了 ARM 的指令集，CPU 源于 ARM 公版架构开发而来，起初 CPU 确实基于 ARM 指令集自研了不少架构，不过现在高通貌似选择放弃了自研，统一选择 ARM 公版架构，比如最近骁龙 8、骁龙 8+ 处理器都采用的 ARM 最新 Arm v9 架构。另外在 GPU 则采用了的是 Adreno GPU，是高通此前从 ATI 公司收购而来的。

第三种：大部分处理器其实都是直接采用了 ARM 的公版架构，比如华为的麒麟系列、联发科天玑处理器还有紫光展锐处理器，基本没有自研也没有进行二次开发，简单来说就是直接拿过来使用，自研技术最低。

ARM 未来

在 2016 年，日本软银集团以溢价 43%，约 309 亿美元全现金方式收购 ARM 公司，使得 ARM 公司成为软银集团旗下的全资子公司，收购的原因无非就是看中了 ARM 的发展潜力，在收购 ARM 时软银的孙正义也表示，" 物联网与人工智慧 ( AI ) 将是软银的下一波成长动力 "，所以也有人说软银收购 ARM 就是孙正义 " 对物联网的非理性狂热 "。

可能大家对日本软银集团不太熟悉，但是这是一家全球科技界的投资人，孙正义在当时被称为是 " 日本的比尔盖兹 ( Bill Gates ) "，曾经主导过多场大型的收购案，比如阿里巴巴在 2020 年也获得了日本软银集团的投资。

在 2018 年的时候，ARM 对中国业务拆分，在中国深圳成立了一个中方控股合资的安谋中国公司（后来改名为安谋科技），独立运营，其中中方控股 51%，ARM 持股 49%。而安谋中国的商业方式上，一是可以自研新的 IP 产品，二是在国内市场开展 ARM IP 业务。

为什么 ARM 会成立一个 Arm 中国公司呢？

一：看重了中国市场的高速发展机遇，有资料显示 Arm 有 25% 的营收是来自于中国，而且近十年来，Arm 中国区的出货量增长达到 170 倍。

二：出售 Arm 中国 51% 的股权，还可以帮助软银套现；

三：满足我国对于芯片产业强调 " 自主可控 " 的需求，避免一些政治问题，同时规避垄断风险。

四：更接地气，更好服务中国市场，同时防止 RISC-V 开源架构渗入中国市场（虽然没能防住，阿里巴巴、华为、中兴等国内科技厂商都在开始拥抱 RISC-V 开源架构）。

不过后来 ARM 与安谋中国后来爆发了内部控制权之争，ARM 与中国合伙人厚朴投资以 " 危害到了安谋中国的发展、公司股东以及利益相关者 " 的理由尝试罢免安谋中国董事长、CEO、法定代表人吴雄昂，最终未能成功，而安谋科技也将继续以一家独立运营的公司，继续发展自研 IP，推动 ARM IP 在中国市场落地，支持中国半导体行业的发展。

在 2020 年的时候，软银宣布将 ARM 出售给英伟达，为什么软银会突然放弃前景蒸蒸日上的 ARM 呢？来自软银财报数据，ARM 在 2017 年 -2019 年营收基本没有增长，进入了平缓期。可能是因为软银投资面过广、资金耗费过大再加上疫情等原因，软银在 2019 年亏损 125 亿美元。虽然 ARM 发展前景很好，但是现阶段发展过慢，却又很值钱，可以卖出一个好价钱，出售给英伟达可以实现快速回血。

但是涉及到垄断等原因，此次收购受到监管部门的极力反对，高通、谷歌、微软等科技巨头也纷纷反对，于 2022 年，英伟达和软银不得已宣布终止 ARM 收购，但保留了英伟达 Arm 20 年的授权。一旦英伟达收购 ARM 对于我国也会产生很大的影响，比如华为目前被限制的是芯片制造，如果 ARM 被英伟达收购，很可能会出现华为芯片设计也遭到限制，因为华为的麒麟芯片就是采用 ARM 公版架构，当然涉及到的我国企业远不止华为一家。

在收购被迫停止后，软银也发布公告称：" Arm 不仅在手机革命中成为创新中心，而且在云计算、汽车、物联网和虚拟世界中也成为创新中心，并已进入第二个增长阶段，我们将借此机会开始准备将 Arm 上市，并取得更大的进展。" 同时表示在截至 2023 年 3 月 31 日的财政年度内公开发行 Arm 股票。

如今 ARM 开始走向全面计算，除了手机、平板电脑以外，还覆盖可穿戴设备、高性能计算、汽车电子、物联网等领域。从软银 2019 年财报来看，ARM 架构在手机占据 90% 以上市场、物联网也占据了 90% 的市场、车内娱乐与驾驶辅助系统占据了 75% 以上的市场，市场份额非常的大，以如今 ARM 的芯片行业地位，未来 ARM 势必会成为全球最具有价值的半导体公司之一，只希望软银可以支撑到那一天。