- ARM 架构基于 RISC 理念，优先执行简单指令以优化能耗。
- 其基于知识产权许可的商业模式使得多家制造商能够制造定制芯片。
- 它从基本的微控制器发展成为能够与 x86 架构竞争的强大 64 位处理器。
如果你正在用手机阅读这篇文章，那么你口袋里很可能就有一颗全速运转的ARM芯片。无论你是iPhone用户还是安卓用户，这项技术都已成为驱动当今数字移动出行的隐形引擎。但毋庸置疑，ARM不仅仅局限于手机；它已经开始在计算机领域取得重大进展，打破了我们曾经认为不可逾越的壁垒。
要了解我们身处何方，我们必须回顾过去，就会发现这一切并非始于硅谷的某个车库，而是在英国。最初旨在提升计算机素养的项目，最终演变成一场效率革命，使得如今我们的电池续航时间比传统台式电脑长得多。
Acorn Computers 的起源和发展历程
一切始于1983年。Acorn Computers公司想要打造一款先进的处理器，让习惯了MOS 6502的程序员们不再感到头疼。在Sophie Wilson和Steve Furber的指导下，团队于1985年设计出了ARM1，但真正推向市场的版本是1986年的ARM2。这款芯片堪称极简主义的典范：它只有30.000万个晶体管，不使用微代码，也没有缓存，因此能效极高。
随着时间的推移，他们的雄心壮志日益增长。苹果公司对这一核心架构产生了浓厚的兴趣，并于1990年与他们共同创立了Advanced RISC Machines Ltd.（高级精简指令集计算机有限公司）。此次合作使得ARM6处理器得以应用于苹果Newton掌上电脑。尽管这款设备并未达到预期的成功，但它证明了ARM架构是便携式硬件的理想选择。随后，ARM7系列处理器风靡全球，被广泛应用于数百万部手机和Game Boy Advance等游戏机中。
RISC 设计究竟是什么？它是如何工作的？
当我们谈到 ARM 时，我们指的是 RISC（精简指令集计算机）。与 CISC 架构（例如 Intel 或 AMD 的架构）不同，后者使用复杂的指令集，执行起来可能需要多个时钟周期，而 ARM 则使用精简的指令集。其理念很简单：使每条指令都尽可能简单，以便在单个内存周期内执行完毕，从而加快处理速度并防止芯片过热。
这种方法使处理器能够更流畅地执行取指、解码和执行任务。此外，ARM 还实现了多项创新，例如 Thumb 模式（使用 16 位指令而非 32 位指令以节省内存和功耗）和 Jazelle 技术（旨在直接在硬件中运行 Java）。
处理器系列：从物联网到云端
并非所有ARM芯片都相同，它们根据预期用途分为不同的系列：
- 皮层-A： 它们是重量级设备，专为复杂应用而设计。它们控制着智能手机、平板电脑和云服务器，并提供支持。 Android等操作系统 或iOS。
- Cortex-R： 专为实时应用而设计。它们用于对精度要求极高的场合，例如汽车制动系统或关键工业控制器。
- Cortex-M： 它们是经过优化以实现最低功耗的微控制器。您可以在以下网址找到它们： 智能设备和物联网传感器家用电器和医疗器械。
其中最耀眼的亮点之一是big.LITTLE架构。它本质上是将高性能核心与高能效核心相结合。因此，当您查看时间时，芯片会使用低能效核心来节省电量；而当您运行大型游戏时，高性能核心就会启动，提供所需的全部性能。
伟大的战役：ARM 对战 x86
ARM 和 x86 之间的争论本质上是效率与性能之间的较量。x86 处理器针对台式机和大型服务器进行了优化，这些应用场景需要持续的功耗和巨大的风扇。相比之下，ARM 在散热管理和电池续航方面表现出色，从而可以打造轻薄且最重要的——静音的系统。
ARM架构最大的弱点一直是兼容性问题。由于软件必须专门针对其架构编写，许多为ARM设计的Windows应用程序无法原生运行。为了解决这个问题，苹果公司开发了Rosetta 2，这是一个转换器，可以让英特尔应用程序在其M1、M2和M3芯片上运行，从而使用户几乎可以无缝地完成过渡。
商业模式：许可和生态系统
ARM Holdings最令人好奇的地方在于它并不实际生产芯片。它的业务核心是知识产权。他们设计蓝图（架构），然后将该设计授权给高通、三星或联发科等公司。这些公司在此基础上进行改造，添加自己的GPU（例如Mali）或用于人工智能的神经网络处理单元（NPU），从而打造出著名的SoC（系统级芯片）。
正是这种模式成就了如此惊人的扩张。由于无需自行制造芯片，ARM得以专注于设计创新，而制造商则竞相打造性能最强或效率最高的芯片。这解释了我们所见的硬件种类之繁多，从简单的电子玩具到笔记本电脑上强大的骁龙X Elite处理器，应有尽有。
如今，整个行业正朝着融合的方向发展。就连英特尔也开始采用受ARM big.LITTLE概念启发的异构架构。虽然x86架构在极限游戏和海量数据库领域仍然占据主导地位，但ARM凭借其卓越的每瓦性能，已在移动计算领域胜出，并开始在专业笔记本电脑市场崭露头角。
