1990年11月27日，ARM公司在英国剑桥成立，到现在ARM已经走过了25个年头，在过去的这些年头里，ARM公司取得的成绩也是惊人的。截止到2015年第三季度，基于ARM架构的全球出货量超过750亿，且ARM架构在85%的智能移动设备中得到应用，尤其是在我们熟悉的智能手机领域，有95%的设备用的都是基于ARM架构设计的处理器。
这样一个半导体巨头，是怎样炼成的呢，我们对ARM进行一个深入报道！
ARM公司的历史
所有的一切：从12人开始
ARM Holdings，又称ARM公司，总部位于英国剑桥。ARM是Advanced RISC Machine的缩写。
1978年12月5日，物理学家赫尔曼•豪泽（HermannHauser）和工程师Chris Curry，在英国剑桥创办了CPU公司（Cmbridge Processing Unit），主要业务是为当地市场供应电子设备。被人称作“英国的苹果电脑公司”。
1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。
起初，Acorn公司打算使用摩托罗拉公司的16位芯片，但是发现这种芯片太慢也太贵。“一台售价500英镑的机器，不可能使用价格100英镑的CPU！”他们转而向Intel公司索要80286芯片的设计资料，但是遭到拒绝，于是被迫自行研发。
迫于无奈之下决定开发当时不被看好的RISC结构处理器。做出这个选择，是因为Acorn公司资源掣肘，没有能力开发CISC结构的处理器，只能选择开发晶体管数较少的RISC处理器。
1985年，Roger Wilson和Steve Furber设计了他们自己的第一代32位、6MHz的处理器，用它做出了一台RISC指令集的计算机，简称ARM（Acorn RISC Machine）。随后，在1980年代晚期，苹果电脑开始与艾康电脑合作开发新版的ARM核心—ARM2。ARM2被用在BBC Archimedes 305上。当时，IBM电脑已经成为市场的主流产品，IBM的销售渠道已覆盖英伦三岛。因为BBC Archimedes当时采用了非主流的Archimedes操作系统，所以除了作为BBCMicro的后续产品卖给广播局和学校外，BBC Archimedes在英国以外几乎毫无市场。
在此前后，Acorn公司在现金流方面也出现了问题。在此背景下，当时的IT巨头Olivetti 收购了Acorn，并成立一个独立的子公司Olivetti 研究公司，其任务是继续进行“五花八门的应用研究”。在与剑桥大学达成协议后，Andy Hopper成为了该公司的董事总经理。但Andy Hopper很快就给其雇主Olivetti提出了一个难题。
“我们强迫他们表态。这是个非常具有挑衅性的举动。在那种情况下，我很可能会被解雇。”Andy Hopper后来回忆说。当时他直言不讳地告诉Olivetti，他打算从研究公司的实验室中分拆出一家商业性公司。
Andy Hopper甚至提出所谓的“安迪共同财富创造框架”（Andy’s Mutual Wealth Creation Framework）。他解释道，无论什么时候，当一项技术可能在实验室中出现时，母公司都有权首先得到它。然而，如果母公司无所作为，就会失去这种权利，开发工作就与研究人员和支持部门一起，分拆成为一个商业化运作的公司。作为补偿，母公司可在分拆出来的公司持有20%的股权。
开明的Olivetti管理层并不反对他的分拆建议，Andy Hopper由此建立了一种模式，使得该实验室每两年左右就分拆出一家新公司。1990年11月27日，获得Apple与VLSI科技的资助（苹果公司出资150万英镑，芯片厂商VLSI出资25万英镑），Acorn本身则以150万英镑的知识产权和12名工程师入股，分割出ARM，成为独立子公司。所以最开始的时候ARM只有12人，因母公司财务状况不佳，办公室只是一间仓库，
在ARM公司诞生初期，业界正热衷于设计相对较大的处理器，而ARM公司由于设计队伍资源有限，不得不像此前的Acorn那样开发小规模处理器。
ARM公司当时的目标是尽快推出新产品，于是就有了专为苹果公司设计的ARM610处理器。这一处理器后来被用于苹果公司的Newton PDA。可是这款产品似乎太超前了，当时的市场需求量很低，因此Newton PDA在1997年就停产了。不可否认的是，Newton PDA为苹果公司后来设计出成功的产品iPhone打下了良好的基础。
ARM公司于1991年底将产品授权给英国GEC Plessey半导体公司。1993年，ARM将产品授权给Cirrus Logic和德州仪器，当时TI在DSP领域已经取得很高的成就，但并不熟悉CPU领域。ARM与Nokia和TI合作开发出16位的Thumb指令集，创建了ARM/Thumb的SoC商业模式，ARM7是最重要的一颗处理器内核，使用更小的晶粒得以发展出低功耗模式。随后，三星公司也加入了ARM授权行列。
1995年，DEC开始研发Strong ARM，1996年2月5日，DEC正式发布SA110处理器。这在业内名噪一时。SA110处理器迅速得到了业界的认可，Apple在MessagePAD2000使用了SA110。也就在1996年这一年，发生财务危机的Olivetti将所持有的14.7%的Acorn股份出售给了雷曼兄弟。1996年发布ARM8内核，性能提高了一倍，但无法StrongARM抗衡。1997年，DEC发布了第二颗Strong ARM芯片SA1100。Intel收购DEC在Hudson的工厂，Intel为Strong ARM取名为X Scale。
1997年发布ARM9，ARM9不再使用普林斯顿结构，而转向哈佛结构，原来的3级指令流水线提高到5级，最高的时钟频率达到220MHz。1998年ARM10内核正式推出，使用了6级流水线结构，并改良CacheMemory，对乘法指令进行最佳化，并增加浮点运算，但由于XScale的关系，ARM10并未获得巨大的成功，XScale处理器的最高运行频率达到了1.25GHz，Intel因不堪巨额亏损，将XScale处理器业务售予Marvell。日后Intel开始主推ATOM处理器。
1998年4月17日，ARM公司同时在英国伦敦证交所和美国纳斯达克上市。早期Apple投入3百万美金拥有了ARM公司43%的股份，1998年，ARM公司在英国和美国同时上市后，Apple逐渐卖出了这些股份。
2004年公司聚会的场景。
2006年，全球ARM芯片出货量为20亿片。至2007年底，ARM核心芯片的总出货量已突破100亿颗。早期的ARM7跟8051一般是使用冯纽曼架构，而目前ARM11或CortexA则使用哈佛架构。
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。
2010年6月中，苹果公司表示有意以80亿美元的价格收购ARM公司，但遭到拒绝。ARM公司CEO WarrenEast称ARM公司作为独立公司更具价值，“买家展开收购的唯一理由是消灭竞争对手。”
2013年12月13日，ARM宣布收购著名光引擎技术公司Geomerics。在光影计算领域Geomerics拥有非常领先的技术。此次收购将扩大ARM在图形技术行业的领先地位。
2014年1月份，AMD推出64位架构的ARMv8-A（首个包含64位指令集的ARM架构）。到现在为止，总共已经有超过30家公司正在/即将开发64位ARM芯片。
2015年三季度，ARM营收增长24%达到2.431亿英镑（约合3.75亿美元）。第三季度技术许可收入达到2.03亿美元，同比增长35%。
ARM是怎样营运的？
ARM从没生产过一颗芯片，但可以说半导体行业基本离不开它，而这和其经营模式分不开的。
ARM公司商业模型：IP授权为核心的无晶圆半导体公司
与Intel不同，ARM公司也是Fabless无晶圆半导体，这一点跟NVIDIA以及卖掉晶圆厂之后的AMD是一样的，不过ARM公司自己不产任何处理器，主要是提供IP授权给半导体合作伙伴（高通、苹果、AMD及三星等），后者使用ARM的架构、设计以及开发工具推出自己的处理器，然后再供应给OEM客户（各种手机、平板厂商就是这样的），这是一个简单的例子，期间可能还会有二次授权。
ARM的收入就源于这个循环，合作伙伴购买ARM的IP授权需要交技术授权费（license fee），还会根据厂商的处理器价格抽取一定的版税（ongoing royalties，也可以说是提成、特许费之类的），这可能涉及芯片的各个环节。
简单来说，ARM的商业模型就是“你交钱，我授权”，对处理器设计研发是“包教包会”，会提供一系列工具帮助客户简化开发。
ARM公司的商业模型是非常独特的，至少目前跟PC市场是有很大不同的。在PC市场上，Intel主导者平台的发展，而且他们的产品通常也占据着最大的BOM物料成本，而智能手机和平板市场，主要的处理器成本大部分都在整个设备的10%以内，通常来说都是单位数的比例，比如400美元的设备中SoC处理器售价通常在15美元，比例是3.75%。Intel的理论是超便携移动设备随着芯片复杂度的提升最终也会改变，但是目前为止（或者未来一段时间内），市场依然需要不同的商业模型。
ARM是怎么运作的？
前面已经说到了ARM是以提供IP授权为主要商业模型的，ARM也说自己能提供多种有弹性的授权类型，具体来说有三种授权方式：POP、处理器以及架构授权。
处理器授权是指授权合作厂商使用ARM设计好的CPU或者GPU处理器，对方不能改变原有设计，但可以根据自己的需要使用。举例来说，三星的Exynos 5 Octa使用的是四个Cortex-A7和四个Cortex-A15处理器，这就是处理器授权。ARM会提供一系列指导确保用户使用他们的设计，但是最终产品的频率、功耗之类的还要靠厂商自己的团队。
POP（processor optimization pack，处理器优化包）授权是处理器授权的高级形式，如果或作伙伴的团队驾驭不了ARM处理器，那么ARM也可以出售优化后的处理器给你，这样用户就能在特定工艺下设计、生产出性能有保证的处理器了。在Cortex-A8时代，三星以及苹果的团队就能比其他公司研发出更好的处理器，但是不是所有的公司都有这样的能力，所以POP授权对这些有心却无力的公司来说更适合。
ARM前不久发布的Cortex-A12架构就是在GF以及TSMC的28nm工艺下的一种POP授权方式。
最后一种授权方式是架构授权，ARM会授权对方使用自己的架构（ARMv7或者ARMv8），然后对方可以根据自己的需要来设计处理器，这就是高通Krait处理器使用的授权方式，苹果目前的“Swift”架构也是如此。这些处理器跟ARM自己设计的Cortex-A15处理器是ISA兼容的，但是有高通、苹果自己的实现方式。
这种授权中你会得到一些指导以及一系列测试来验证与ARM ISA的兼容性，ARM会提供一些帮助，但是不可能帮你设计、开发自己的处理器。
ARM目前有1000多家授权，有320家授权合作厂商，每个季度可出货25亿授权芯片。
ARM是如何赚钱的
Intel、AMD和NVIDIA都是靠出售处理器过日子的，ARM不出售任何处理器，靠的主要是技术授权费和版税提成，厂商都要交这两笔费用，这二者在不同的处理器架构中的比例也不同。
技术授权费依据芯片架构复杂度收费，老旧的ARM11要比最新的Cortex-A57要便宜得多。技术授权费一般在100万-1000万美元之间，当然实际情况可能会比这两个数据更高或者更便宜。
版税提成是按比例来的，典型的比例是1-2%，如果这家公司的芯片是对外销售的，那么数值就容易计算了，如果对内销售（比如三星自产自销），那么版税比例也要根据市场应有售价来算。
不同IP的版税比例
上面就是ARM公司不同IP授权的版税提成比例，大部分都在1-2%左右，POP授权的0.5%比例可不是根据芯片价格来算的，这是针对晶圆厂收的，计算的是每个晶圆的0.5%。
通常来说，双方需要6个月时间缔约合同，从获得技术授权到首笔可获得营收的出货间隔长达3-4年，根据不同市场情况，厂商此后可以继续出货20年左右。
320家授权厂商中有超过一半厂商在支付版税提成，其他厂商大部分处于签订授权协议到出货产品的阶段，ARM公司每年可以新增30-40家授权厂商。
签署了授权协议的公司有80%在市场上出售他们设计的处理器，其他20%要么被收购或者因为其他原因失败了。
ARM公司50%的营收都来自于版税提成，33%的是技术授权费，其他部分都是软件工具及技术支持费用了。
ARM公司的运营情况不错，不过总体还是非常小的，2012年营收9.131亿美元。想想看目前有多少ARM设计存在吧，ARM应该考虑提高版税提成比例了。不过由于ARM独特的商业模型，他们的毛利率高达94%，运营利润在45%左右。
授权类型及选择
虽然前面已经讲了ARM公司三种主要的授权类型，不过ARM提供的授权是一系列的，种类繁多。
学术授权（Academic licenses）是免费的，不过你不能出售任何设计的处理器，但是在大学或者研究所里用来学习架构还是不错的。DesignStart也是一种低成本的授权选项，当然你也不能出售设计的芯片来盈利。
对于那些只需要单一使用的场合，ARM提供了Single Use授权，通常的Cortex-A级别CPU授权只需100万美元和2%的提成。
Mutil-Use对大公司来说就很有意义了，虽然需要付出更多的授权费，但是你可以在一定期限内（比如3年）在任何产品内使用CPU授权，除非授权到期，不然你是可以在任何产品上都能随意使用的。
订金授权（subscription license）是几种授权方式中最有趣的之一。客户公司可以自己花一笔钱在ARM那里购买到一整套授权，这种授权适合那些不需担心预算的工程经理开展一个新的芯片研发计划，当然代价就是花钱多，技术授权费在1000万美元量级。
最顶端的还是架构授权，之前已经介绍过了，目前主要有Marvell、高通、苹果等15家公司拥有架构授权。
还有要提的就是ARM公司选择的三个早期合作开发伙伴。由于ARM公司自己不出售任何芯片产品，它需要确保每一代产品中都有合作伙伴发布基于ARM最新、最好的架构的处理器，因此他们会选择三家厂商亲密合作，选择这些厂商的目的就是为了与他们一道扩大市场，我们趋向于关注高端智能手机/平板SoC处理器，但是ARM也找到了他们在工业应用、数字家庭、智能电视以及其他市场的优势。
选择的三家合作厂商可以比其他授权厂商获得更早的处理器架构信息，他们帮助测试及debug，甚至直接向ARM反馈，获得的好处就是能比其他公司有更好的市场优势。
ARM有哪些主流产品
上面已经说到ARM的主要盈利是靠IP授权，那么我们就要看看ARM究竟有哪些产品了。
以由高到低的方式来看，ARM处理器大体上可以排序为：Cortex-A57处理器、Cortex-A53处理器、Cortex-A15处理器、Cortex-A12处理器、Cortex-A9处理器、Cortex-A8处理器、Cortex-A7处理器、Cortex-A5处理器、ARM11处理器、ARM9处理器、ARM7处理器，再往低的部分手机产品中基本已经不再使用，这里就不再介绍。
ARM 处理器架构发展
● Cortex-A57、A53处理器
Cortex-A53、Cortex-A57两款处理器属于Cortex-A50系列，首次采用64位ARMv8架构，意义重大，这也是ARM最近刚刚发布的两款产品。
Cortex-A57是ARM最先进、性能最高的应用处理器，号称可在同样的功耗水平下达到当今顶级智能手机性能的三倍；而Cortex-A53是世界上能效最高、面积最小的64位处理器，同等性能下能效是当今高端智能手机的三倍。这两款处理器还可整合为ARM big.LITTLE（大小核心伴侣）处理器架构，根据运算需求在两者间进行切换，以结合高性能与高功耗效率的特点，两个处理器是独立运作的。
● Cortex-A15处理器架构解析
ARM Cortex-A15处理器隶属于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架构，是业界迄今为止性能最高且可授予许可的处理器。
Cortex-A15 MPCore处理器具有无序超标量管道，带有紧密耦合的低延迟2级高速缓存，该高速缓存的大小最高可达4MB。浮点和NEON媒体性能方面的其他改进使设备能够为消费者提供下一代用户体验，并为 Web 基础结构应用提供高性能计算。Cortex-A15处理器可以应用在智能手机、平板电脑、移动计算、高端数字家电、服务器和无线基础结构等设备上。
理论上，Cortex-A15 MPCore处理器的移动配置所能提供的性能是当前的高级智能手机性能的五倍还多。在高级基础结构应用中，Cortex-A15 的运行速度最高可达2.5GHz，这将支持在不断降低功耗、散热和成本预算方面实现高度可伸缩的解决方案。
● Cortex-A12处理器架构解析
2013中旬，ARM 发布了全新的Cortex-A12处理器，在相同功耗下，Cortex-A12的性能上比Cortex-A9提升了40%，同时尺寸上也同样减小了30%。Cortex-A12也同样能够支持big.LITTLE技术，可以搭配Cortex-A7处理器进一步提升处理器的效能。
Cortex-A12架构图
ARM表示Cortex-A12处理器未来将应用于大量的智能手机以及平板产品，但更加侧重于中端产品。同时ARM也预计在2015年，这些中端产品在数量上将远超过旗舰级别的智能手机及与平板。
搭载Cortex-A12处理器的中端机在未来也将是非常有特点的产品，因为Cortex-A12能够支持虚拟化、AMD TrustZone技术，以及最大1TB的机身存储。这也就意味着未来搭载这一处理器的智能手机完全可以作为所谓的BYOD（Bring Your Own Device）设备使用，换句话说就是在作为自用手机的同时，还可以用作商务手机存储商务内容。
Mali-V500架构图
同时Cortex-A12也搭载了全新的Mali-T622绘图芯片与Mali-V500视频编解码IP解决方案，同样也是以节能为目标。这样看来，定位中端市场，低功耗小尺寸，Cortex-A12最终必然会取代Cortex-A9。据悉，Cortex-A12将于2014年投放市场，到时候我们也许会迎来中端市场的一次改变。应用案例：2014年发布。
● Cortex-A9处理器架构解析
ARM Cortex-A9处理器隶属于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架构，目前我们能见到的四核处理器大多都是属于Cortex-A9系列。
Cortex-A9 处理器的设计旨在打造最先进的、高效率的、长度动态可变的、多指令执行超标量体系结构，提供采用乱序猜测方式执行的 8 阶段管道处理器，凭借范围广泛的消费类、网络、企业和移动应用中的前沿产品所需的功能，它可以提供史无前例的高性能和高能效。
Cortex-A9 微体系结构既可用于可伸缩的多核处理器（Cortex-A9 MPCore多核处理器），也可用于更传统的处理器（Cortex-A9单核处理器）。可伸缩的多核处理器和单核处理器支持 16、32 或 64KB 4 路关联的 L1 高速缓存配置，对于可选的 L2 高速缓存控制器，最多支持 8MB 的 L2 高速缓存配置，它们具有极高的灵活性，均适用于特定应用领域和市场。
● Cortex-A8处理器架构解析
ARM Cortex-A8处理器隶属于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架构，是我们目前使用的单核手机中最为常见的产品。
ARM Cortex-A8处理器是首款基于ARMv7体系结构的产品，能够将速度从600MHz提高到1GHz以上。Cortex-A8处理器可以满足需要在300mW以下运行的移动设备的功率优化要求；以及需要2000 Dhrystone MIPS的消费类应用领域的性能优化要求。
Cortex-A8 高性能处理器目前已经非常成熟，从高端特色手机到上网本、DTV、打印机和汽车信息娱乐，Cortex-A8处理器都提供了可靠的高性能解决方案。
● Cortex-A7处理器架构解析
ARM Cortex-A7处理器隶属于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架构，它的特点是在保证性能的基础上提供了出色的低功耗表现。
Cortex-A7处理器的体系结构和功能集与Cortex-A15 处理器完全相同，不同这处在于，Cortex-A7 处理器的微体系结构侧重于提供最佳能效，因此这两种处理器可在big.LITTLE（大小核大小核心伴侣结构）配置中协同工作，从而提供高性能与超低功耗的终极组合。单个Cortex-A7处理器的能源效率是ARM Cortex-A8处理器的5倍，性能提升50%，而尺寸仅为后者的五分之一。
作为独立处理器，Cortex-A7可以使2013-2014年期间低于100美元价格点的入门级智能手机与2010 年500美元的高端智能手机相媲美。这些入门级智能手机在发展中世界将重新定义连接和Internet使用。
● Cortex-A5处理器架构解析
ARM Cortex-A5处理器隶属于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架构，它是能效最高、成本最低的处理器。
Cortex-A5处理器可为现有ARM9和ARM11处理器设计提供很有价值的迁移途径，它可以获得比ARM1176JZ-S更好的性能，比ARM926EJ-S更好的功效和能效。另外，Cortex-A5处理器不仅在指令以及功能方面与更高性能的Cortex-A8、Cortex-A9和Cortex-A15处理器完全兼容，同时还保持与经典ARM处理器（包括ARM926EJ-S、ARM1176JZ-S和 ARM7TDMI）的向后应用程序兼容性。
● ARM11系列处理器架构解析
ARM11系列包括了ARM11MPCore处理器、ARM1176处理器、ARM1156处理器、ARM1136处理器，它们是基于ARMv6架构，分别针对不同应用领域。ARM1156处理器主要应用在高可靠性和实时嵌入式应用领域，与手机关联不大，此处略去介绍。
ARM11 MPCore使用多核处理器结构，可实现从1个内核到4个内核的多核可扩展性，从而使具有单个宏的简单系统设计可以集成高达单个内核的4倍的性能。Cortex-A5处理器是ARM11MPCore的相关后续产品。
ARM1176处理器主要应用在智能手机、数字电视和电子阅读器中，在这些领域得到广泛部署，它可提供媒体和浏览器功能、安全计算环境，在低成本设计的情况下性能高达1GHz。
ARM1136处理器包含带媒体扩展的ARMv6 指令集、Thumb代码压缩技术以及可选的浮点协处理器。ARM1136是一个成熟的内核，作为一种应用处理器广泛部署在手机和消费类应用场合中。在采用 90G工艺时性能可达到600MHz以上，在面积为2平方毫米且采用65纳米工艺时可达到1GHz。
● ARM9系列和ARM7系列处理器架构解析
ARM9系列处理器系列包括ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ARM968E-S处理器。其中前两者主要针对嵌入式实时应用，我们这里就主要针对ARM926EJ-S进行介绍。
ARM926EJ-S基于ARMv5TE架构，作为入门级处理器，它支持各种操作系统，如Linux、Windows CE和Symbian。ARM926EJ-S 处理器已授权于全球100多家硅片供应商，并不断在众多产品和应用中得到成功部署，应用广泛。
● ARM7系列处理器
ARM7系列处理器系列包括ARM7TDMI-S（ARMv4T架构）和ARM7EJ-S（ARMv5TEJ架构），最早在1994推出，相对上面产品来说已经显旧。虽然现在ARM7处理器系列仍用于某些简单的32位设备，但是更新的嵌入式设计正在越来越多地使用最新的ARM处理器，这些处理器在技术上比ARM 7系列有了显著改进。
作为目前较旧的一个系列，ARM7处理器已经不建议继续在新品中使用。它究竟有多老呢？上面的Apple eMate 300使用的就是一款25MHz的ARM7处理器，够古老了吧？
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