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手机和平板的芯:ARM处理器前身今世

  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。目前,采用ARM技术知识产权(IP)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。

ARM x86

    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是设计公司,本身不生产芯片。采用转让许可证制度,由合作伙伴生产芯片。 

  而在上世纪90年代,受到工艺和市场因素的影响,ARM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,将封闭设计的Intel公司置于“人民战争”的汪洋大海。

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  但是进入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年预计将达到45亿片。

    ARM通过将处理器架构授权给有兴趣的厂家。并却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,其希能将ARM内核整合到它们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的认证。对这些客户来说,ARM会释出所选的ARM核心的闸极电路图,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,就选择可合成的RTL形式来取得处理器的知识产权。借助可整合的 RTL,客户就有能力能进行架构上的非常好的化与加强。这个方式能让设计者完成额外的设计目标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。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。

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  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,更低性能的ARM内核比更高性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。相对于不具备自有设计技术的专门半导体晶圆厂,授权商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。

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  目前很多半导体公司持有ARM授权:Atmel、Broadcom、Cirrus Logic、Freescale、Qualcomm、富士通、Intel、IBM,英飞凌科技,任天堂、OKI电气工业,三星电子,Sharp,STMicroelectronics,TI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20万美元的授权费用。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。

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