细说ARM和X86的江湖恩怨（一）

蝶变ARM

1929年开始的经济大萧条，改变了世界格局。前苏联的风景独好，使得相当多的人选择了马克思。惧怕布尔什维克红色力量的人投入了法西斯的怀抱，剩余的人选择了妥协与折中。整个世界的迅速分解使得第二次世界大战成为必然。

1933年，罗斯福成为美国第三十二任总统，开始实施新政。这些新政使美国摆脱了危机，也决定了二战的走向。罗斯福的背后站着的是凯恩斯，凯恩斯的国家资本主义化解了整个资本主义阵营有史以来最大的一次危机。“妥协与折中”得以持续。

战后的世界是属于巨型公司的，这些公司借助国家资本的力量，持续着垄断。垄断的初衷并非都是恶意的，在美国却是一个早在1890年就立法防止的。1911年，美国烟草公司被分拆。1982年，美国电报电话公司被分拆。

这些分拆却很难抵达IT业。1975年成立的Microsoft虽然多次被推入拆分的风口浪尖，却从未被拆分。IBM和Intel多次遭到分拆的威胁，也安然无恙。这些公司的支持者都注意到一个事实，这些公司没有依靠国家资本而获得垄断地位，而是依靠多年苦心积攒的知识产权坚持到现在。

这类垄断之忧不在颛臾而在萧墙之内。在这些巨型IT公司中，最低层的工作人员需要经过多达十几级的汇报关系，才能到达首席执行官。在这十几级汇报链中，向上所传递最多的就是如何粉饰太平。

一些微不足道的小问题在这些大公司中往往也能引发无休止的讨论。为解决某个问题而举行的会议，经常被无休止地扩大，从一个会议扩展为多个会议，从几个人参与变为几十人参与。这个问题变得已不再重要时，内部并无统一意见。

西方巨型公司的弊端在于欧美所倡导的民主代价过于昂贵。撒切尔夫人是欧洲第一个深刻认识到这些问题的最高执政官。历史上，英国并不重视中小企业的发展，在凯恩斯主义盛行的二十世纪五十年代，英国经历了三次大规模的企业兼并，至撒切尔夫人执政，巨型企业大行其道。更多的人发现这些大型企业并不能提高生产效率，大范围的垄断与集中，已使英国经济举步维艰。

上世纪八十年代，撒切尔夫人开始变革，剑锋所指，巨型公司纷纷解体，中小企业如雨后春笋般涌现。撒切尔的私有化，货币控制，削减福利与抑制工党的四项举措，客观上拯救了英国经济，也使这位值得尊敬的女士誉满天下，谤满天下。

ARM在这样的大背景之下诞生，这也注定了这些创始人不会也不愿意使ARM成为巨型公司，这也是取得如此成就的ARM，截至今天人数尚不过两千的最重要原因。ARM最初的简称是Acorn RISC Machine。Acorn Computer创立于1978年，总部位于剑桥，由Andy Hopper(剑桥大学), Chris Curry(Sinclair Research)和Herman Hauser(剑桥大学)创建[48]。

Acorn最初使用MOS Technology 6502处理器搭建处理器系统。MOS Technology 6502处理器是一个8位处理器，设计这颗处理器的工程师来自摩托罗拉的MC6800设计团队[48]。基于6502处理器，Acorn开发了最令其自豪的处理器系统BBC Micro[49]。

在上世纪80年代至90年代，BBC Micro处理器系统主宰英国的教育市场。当时还有另外一个基于6502处理器的系统，Apple II[50]。从这时起，Acorn和Apple这两个设计理念及产品形态类似的公司结下了不解之缘，有些人将Acorn公司称呼为“The British Apple”[51]。也是在这个时候，Acorn迎来了一生中的对手Intel。基于Intel x86构架的PC对同时代的处理器厂商是一场噩梦，很少有公司能够醒来。或者服从，或者消亡，别无选择。Acorn首先选择服从，向Intel申请 80286处理器样片，Intel拒绝了这个请求[52]。

工程师对剩余的处理器，进行了充分的评估。结果令人失望。此时的Acorn没有选择，开始认真地考虑是否需要研制一颗属于自己的处理器。他们没有任何处理器设计经验，为数不多的工程师们除了才华，只有梦想。才华与梦想恰能改变整个世界。

1983年10月，Acorn启动了代号为Acorn RISC的项目，由VLSI Technology负责生产。1985年4月26日，VLSI成产出第一颗Acorn RISC处理器，ARM1。ARM1的结构非常简单，仅有个25,000晶体管，甚至没有乘法部件[52]。当时并没有人留意这颗芯片，更多的人关注 Intel在1985年10月17日发布的80386处理器[36]。

没有人认为这颗略显寒酸的ARM1更给80386带来任何冲击，甚至包括研发这颗芯片的Acorn工程师。做为处理器厂商，与Intel活在同一个时代是一场悲剧，无论是Acorn，IBM亦或是不可一世的DEC。Intel并不是不犯错误，只是有限的几个错误都能被及时修复。才华横溢的 Intel工程师将处理器的故事演绎至巅峰，他们的竞争对手也因此步入地狱。

Acorn不得不选择回避，这也决定了ARM处理器的设计理念是low-cost, low-power和high-performance。这个理念与21世纪智能手机的需求不谋而合，却是Intel强加给ARM的。Intel在不经意间为自己树立了一个强大的对手，这个对手在Intel的庇护之下一步步长大。并不夸张的说，没有Intel就没有ARM的今天。

因为对low-cost和low-power的追求，Acorn选择了RISC，而不是CISC，在上世纪80年代，RISC与CISC孰优孰劣尚无定论。在当时采用RISC技术可以看得到的优势是可以用更少的芯片资源，更少的开发人员实现一个性能相对较高的处理器芯片[53]。Intel使用了 CISC架构，很大程度上也决定了Acorn选择了RISC。刘备的“每与操相反，事乃可成”，对于Acorn就是“与Intel不同，便有机会”。

ARM的成长步伐仍然是缓慢的，陆续发布的ARM2与ARM3并没有激起波澜。为数不多的公司选择ARM3处理器开发产品。一些公司将ARM3处理器用于研发，最有名的公司就是Apple[53]。在当时，Apple也是为数不多的对ARM友善的公司。

Acorn很快遭遇瓶颈，无论是在财务上还是在技术上。销售量达到150万台的BBC Micro并没有给Acorn带来足够多的财富，与席卷天下的PC相比微不足道[54]。ARM3与Intel在1989年发布的80486也没有太多可比性。危机最终降临到Acorn这个年轻的公司，1985年2月，当时的IT巨头Olivetti出资12M英镑收购Acorn 49.3%的股份[55]。Olivetti的庇护并没有给Acorn带来机遇。

Olivetti创建于上世纪初，对智慧与品质近于苛刻的执着使得他们的产品可以在纽约的现代艺术博物馆中陈列，出现在许多经典的影片中。这些产品并没有改变这个公司的最终命运。Olivetti最终涉足PC领域，使用Zilog的Z8000，去挑战在这个领域所向无敌的Intel。

Olivetti收购Acorn后，更多地将ARM处理器用于研发，而真正的产品使用Zilog系列。这段时间是Acorn最艰难的日子。Acorn的创始人Andy Hopper最终选择从Olivetti独立。出乎意料之外，Olivetti支持了Andy的决定。

1990年11月，Acorn(事实上是Olivetti Research Lab)，Apple和VLSI共同出资创建了ARM。Acorn RISC Machine也正式更名为Advanced RISC Machine[55]。在1996年，Olivetti在其最困难的时候将所持有的14.7%的Acorn股份出售给了雷曼兄弟[56]。

Apple当时正在为代号为Newton的项目寻找低功耗处理器。Newton项目的终极目标是实现地球上第一个Tablet。Apple对 Tablet的前景寄予厚望，他们直接将公司Logo上的Isaac Newton作为项目的名称。Apple最初的Logo是在苹果树下深思的牛顿。两个Steve[i]将公司命名为Apple，与喜欢吃苹果没有什么联系，是因为苹果而不是鸭梨砸到了牛顿头上。

Newton Tablet的想法过于超前，最糟糕的是Jobs当时并不在Apple。Apple用并不太短的时间证明了一条真理，没有Jobs的Apple和没有乔丹的公牛没有太大区别。1996年3月，Steve Jobs再次回到Apple，两年后取消了这个并不成功的项目[57]。等到Jobs再次推出iPad Newton，已是十几年之后的事情了[58]。

Apple投入3百万美金拥有了ARM公司43%的股份[60]，但是并没有完全押宝在ARM公司，Apple真正关注的是在1991年与IBM 和Motorola组建的AIM[59]。在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。在2010年，Apple即便准备好了80亿美金，却也无法收购ARM。

1990年的ARM公司，财务依然十分拮据，12个员工只能挤在谷仓[ii]中办公，廉价License的商业模式更不被人看好。依靠Apple 的鼎力相助，ARM6[iii]得以问世，却没有改变Apple和ARM的命运。Newton项目设计的是本应该属于下一个世纪的Tablet，ARM6 被PC处理器和当时多如牛毛的RISC处理器笼罩，无所作为。

上世纪90年代属于PC领域。AMD的异军突起，及其与Intel的竞争，构建了上世纪九十年代处理器领域一道最炫目的风景线，而服务器领域属于 DEC。1992年2月25日，DEC发布的Alpha21064处理器，主频达到150MHz[61]，Intel在第二年发布的Pentium处理器，主频仅有66MHz[62]。

整个90年代，处理器世界都在惊叹着Alpha处理器所创造的奇迹。DEC陆续发布的Alpha系列处理器既是放到二十一世纪的今天，设计理念依然并不落后。DEC工程师就是在为二十一世纪设计处理器芯片。在Alpha21x64系列处理器的编号中，’21’代表二十一世纪，而’64’代表64位处理器[63]。

上帝并不青睐DEC公司，科技与商业的严重背离终于酿成了巨大的灾难。Alpha处理器的技术尚未抵达巅峰，DEC的财务已捉襟见肘。 1994~1998年，DEC不断地向世界各地兜售资产。至1997年，DEC出售的资产已遍及五大洲，二十多个国家[64]。1998年1月26 日，DEC正式被Compaq收购[65]。在DEC解体的最后一段日子里两个公司最为受益，一个是Intel，另一个就是ARM。

在ARM的起步阶段，鼎力相助的是Apple，最先License ARM内核的是英国本土的GEC半导体公司。在1993年因为Apple的引荐，ARM处理器跋山涉水来到日本，与Sharp建立了合作关系。在此之前 Sharp与Apple一直在合作开发Newton项目。

这些合作并没有缓解ARM的财务危机，ARM一直在追寻真正属于自己的客户。1993年，Cirrus Logic[iv]和德州仪器公司TI(Texas Instruments)先后加入ARM阵营。TI给予了ARM雪中送炭的帮助。TI正在说服当时一家并不知名的芬兰公司Nokia与他们一道进入通信移动市场。TI在DSP领域已经取得了领袖地位，但并不熟悉CPU业务，在屈指可数的可以被操控的公司中，他们最终选择了ARM[67]。

ARM迎来了上天赐予的机会。通过与Nokia和TI的密切合作，ARM发明了16位的Thumb指令集，也真正意义上创建了基于 ARM/Thumb的SoC商业模式[67]。ARM已经逐渐摆脱了财务危机，业务不断扩大。至1993年底，ARM已有50个员工，销售额达到10M英镑。

同年ARM迎来了公司成立以来最重要的一颗处理器内核，ARM7[67]。ARM7使用的Die尺寸是Intel 80486的十六分之一，售价仅为50美金[v]左右。较小的Die尺寸，使得ARM7处理器获得了较的功耗，适合手持式应用[67]。

ARM7处理器引起了当时的处理器巨头DEC的关注。1995年，DEC开始研发StrongARM。与其他License ARM内核的半导体厂商不同。DEC获得了ARM架构的完整授权，DEC可以使用ARM的指令集，设计新的处理器架构，这个特权后来被Intel和 Marvell陆续继承。第二年的2月5日，DEC正式发布SA110处理器，并开始提供样片[68]。SA110处理器迅速得到了业界的认可，Apple正式使用SA110处理器开发MessagePAD 2000 [69]。

StrongARM处理器在设计中注入了Alpha处理器的一些元素。StrongARM使用5级顺序执行的流水线，分离了指令和数据 Cache，添加了DMMU和IMMU功能部件，每个MMU中包含32个全互连结构的TLB，添加了16级深度的WB(Write Buffer)[70]。至此ARM处理器更像是一颗微处理器，而不再是微控制器。

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细说ARM和X86的江湖恩怨（二）

细说ARM和X86的江湖恩怨（三）

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