年收入不到20亿美元的核心之旅公司如何卡苹果、三星、华为、高通

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从2020年至今,ARM一直处于风口浪尖,先是传出ARM和ARM中国的换帅风波;后有英伟达官宣收购ARM,这引起全行业抵抗、不满。

 

  进入2021年,将整个IT世界搅得不安的ARM,倒是仍不紧不慢、极其有节奏地接连官宣产品。就在前几天的5月25日,ARM还发布3款CPU和3款GPU核心设计,为ARM笔记本、高端手机处理器、智能手表等产品提供新解决方案。

 

  ARM是一家“小公司”,至今年营收不超过20亿美元。可ARM又是一家“大公司”,从苹果到三星,从华为到高通,全球超过90%以上的手机芯片里都有着它的技术,几乎卡住了全世界的“脖子”。

 

  随着公司业务的扩展,如今,ARM的影响力已经先后进入了手机、电脑、数据中心、物联网、自动驾驶等不同领域,含有ARM技术的芯片累计出货超过1900亿颗,连起来可以绕地球25圈。

 

  本文将回望ARM发展历程,看一看这家以赌博机计算机系统起家的公司,是如何发展为藏身于产品最底层的隐形王者的,又为何会以一再被迫“卖身”,陷入了长久的动荡之中。

 

  Hello World,I am Arm

 

  1979年,刚刚从英国剑桥大学博士毕业的赫尔曼·豪泽和克里斯·克里在英国成立了Acorn电脑公司,也就是ARM的前身。

 

  而Acorn成立三年前,比尔·盖茨成立了微软,史蒂夫·乔布斯成立了苹果。这批未来将在IT产业消费级市场叱咤风云的公司开始登场历史舞台。

 

  1982年,BBC播出纪录片《强大的微处理》后,产生了巨大的轰动效应。这个纪录片向英国观众介绍了电脑时代即将来临,为了鼓励民众学习计算机,BBC想为电脑爱好者推出一款价位适中的英国产设备。

 

  剑桥的Acorn拿下了这个订单。Acorn将这款为微型电脑命名为BBC Micro。令人意想不到的是,BBC Micro大卖,成为当时最受欢迎的电脑设备之一,销量从预计的1.2万台一路疯涨到150万台,BBC Micro还于1984年获得了英国科学技术桂冠——女王技术奖。

 

   万维网还没有出现,它既不能用来实时与人沟通,也无法检索信息。然而,它却是人类生产力的一大飞跃。当时,它已经可以进行简单的文字处理、表格计算工作,还有了早期的编曲软件、图像处理软件等。

 

  Acorn公司所打造的BBC Micro主要面向国内的学校类客户、电脑爱好者,市场空间不大。

 

  相比之下,商用市场有着更为巨大市场体量与想象空间。当时,IBM推出的第二代微型机在商业市场混得如鱼得水,Acorn见状蠢蠢欲动,打起了这块大蛋糕的主意。

 

  Acorn的商业电脑设计方案需要使用第二代处理器与BBC Micro平台协同工作,但Acorn认为,BBC Micro上采用的摩斯太克公司6502处理器无法承担这个重任,但他们也一直没有找到能接替的芯片。Acorn倒是看上了英特尔的286芯片,可英特尔拒绝合作。

 

  无奈之下,Acorn走上了自研处理器的道路。可正是这一看似不起眼的决策,拉开了Acorn芯片未来称霸全球的序幕。

 

  由于资源不足,为避开和英特尔、IBM等巨头竞争,Acorn选择了RISC技术路线(精简指令集),与英特尔主导的x86架构相比,它不仅开发难度低,而且低成本、低性能、低功耗。

 

  1983年10月,ARM正式启动芯片研发。经过18个月的研发测试,Acorn在芯片代工厂VLSI公司生产出第一块使用RISC指令集的ARM芯片,这个“ARM”不是ARM公司,而是Acorn RISC Machine的首字母缩写。

 

  1985年4月26日下午3点,第一批ARM芯片投入到开发系统,屏幕上出现了“Hello World,I am Arm”字样,全球第一款商业RISC处理器ARM1成功运行了。

 

  最初,这款ARM1芯片主要用途是作为BBC Micro的协处理器运行芯片开发所需的仿真软件,也被用于支持芯片(VIDC, IOC, MEMC)的开发,和加速ARM2开发时所用到的CAD软件。

 

  芯片的成功让Acron研发团队鼓足了信心,继续朝着商业化的路径努力。

 

  然而,谁也没想到,在处理器芯片研发成功前一年,家用电脑市场突然崩溃,家用电子游戏机和家用电脑公司Atari(雅达利)被出售,苹果电脑濒临破产,Acorn的日子也很不好过。

 

  在此之前,由于供应商产能供艺不足,Acorn一直都被产能问题困扰,如1983年Acorn拿下30万份订单,供应商却只供给了3万台机器。好不容易到1994年供应商产能上来了,家用电脑市场崩溃,销量骤减,Acorn一下子堆积了25万台机器。

 

  同期,Acorn还投入大量资金进行处理器研发工作,Acorn出现严重的现金流问题。

 

  1985年,Acorn不得不以1200万英镑低价将一半的股权转让给意大利的Olivetti电脑公司,用以偿还债务。

 

  归于Olivetti旗下后,Acorn宣布停止美国市场的销售,并将剩余的美版BBC微电脑都卖了墨西哥的一家公司。

 

  到1990年,苹果要给代号为Newton的项目寻找低功耗处理器。这款产品的设定是全球第一款平板电脑,对产品耗电量、成本、全静态操作等性能要求较高,Acorn的ARM处理器是市面上仅有的能满足苹果要求的芯片。

 

  11月27日,苹果出资150万英镑,Acorn以150万英镑的知识产权和12名工程师入股,芯片厂商VLSI出资25万英镑,成立了ARM公司——自此,ARM正式从Acron电脑中剥离出来,成为了一家独立芯片公司。

 

  不过,由于想法太过超前,且当时乔布斯也不在苹果公司,这款采用了ARM6的Newton Message Pad市场反响并不好,1993年问世,1997年便停产。

 

  在很长一段时间,ARM的姿态都弱小而无助,在追求高性能的电脑市场,ARM的RICS架构的产品并无优势,产品性能远不能和英特尔相提并论。

 

  独占手机市场鳌头

 

  真正让ARM在市场上站稳脚跟的,是移动智能设备的发展。

 

  英特尔凭借高性能的x86处理器在PC市场独占鳌头,ARM的产品难以望其项背。但在移动设备市场,这个优势反而成了劣势。

 

  移动设备看重功耗和续航能力,英特尔x86架构高功耗优势成了快速掉电劣势。ARM架构低功耗、高续航的好处显现了出来。

 

  ARM在手机领域的发展大致可分为两个阶段。

 

  第一阶段,1993年-2006年,在IP授权商业模式之下,ARM的RISC处理器逐渐被大量芯片厂商、手机公司采用。

 

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  1993年,ARM推出了全新的ARM7处理器核心。ARM过往产品的坏运气仿佛都是在为这款产品蓄力。基于ARM7的ARM7-TDMI成为明星作品,这款产品基于32位微处理器,搭载了Thumb指令集,将代码密度提升了35%,内存占用仅和16位处理器相当。

 

  同年,意识到不能仅依靠个别产品发展后,ARM提出IP授权的商业模式:ARM只向客户提供处理器授权,不直接提供芯片产品;芯片生产厂商可通过支付前期许可费和后期生产芯片的专利使用费,获得ARM处理器的授权。

 

  ARM所提供的业务简单来说,就是对外销售芯片设计图纸。苹果、三星、高通、华为、联发科这些芯片公司将ARM的图纸买回来,再添加上自己的修改设计,从而打造出自己的芯片。

 

  其IP授权有三种,架构授权、POP(processor optimization pack,处理器优化包)、处理器使用授权。

 

  

 

架构授权授权指合作厂商可以根据ARM架构,自行设计处理器;

POP指ARM会为合作厂商提供优化后的处理器,方便客户在特定工艺下设计、生产出性能有保证的处理器;

处理器使用授权则是指厂商不能更改原有设计,只能调整产品频率、功耗等,自由度较低。

  比起英特尔全包、封闭式的产品逻辑,ARM只做底层ISA的设计,给手机厂商、芯片厂商足够的自由度,让他们根据需求自行设计产品。对于苹果、三星等一线品牌而言,优化芯片设计、突出手机特性是优化手机性能的一大必然追求,ARM这一举动可谓正得其心。

 

  这个模式让ARM的指令集迅速在手机市场铺开。

 

  德州仪器率先用这款处理器打造了一款芯片,这验证了ARM IP授权商业模式的可行性,也为ARM产品作了背书。

 

  到1994年,德州仪器还说服下游客户诺基亚上船。通过与诺基亚合作,ARM还发明出了16位的Thumb指令集。诺基亚当年采用了ARM架构的6110手机,成为第一部采用ARM处理器的GSM手机。

 

  这款手机也是ARM IP授权在消费电子领域推广的开始。

 

  此后,高通、飞思卡尔、DEC等公司相继加入ARM-7的授权阵营,得到授权的公司数量超过170家,使用ARM-7的芯片数量超过100亿颗,ARM-7成为ARM在移动处理器的旗舰系列。

 

  1995年,ARM7还引起服务器领域处理器巨头DEC的关注,DEC在ARM授权基础上,设计出新的处理器架构Strong ARM,并于次年2月发布了SA110处理器。

 

  DEC的帮助让ARM处理器获得前所未有的关注。这颗160MHz、DMIPS为185的处理器,功耗还不足500mW,引起工业界和学术界对ARM的关注。

 

  1997,DEC被英特尔收购,英特尔获得Strong ARM的使用权和ARM的相应授权,并将其发展为旗下RISC处理器产品线,用于黑莓、Palm Treo和摩托罗拉Q系列手机中;英特尔还将Strong ARM升级为XScale,并为之生产配套芯片,为ARM处理器发展添砖加瓦。

 

  值得一提的是,ARM8赶上了Strong ARM的发布,ARM10则赶上了XScale的发布,两款芯片效果并不好。倒是1997年发布的ARM9,标志着ARM处理器正式进入微处理器领域,成为ARM的里程碑式产品。

 

  短时间看,ARM公司并未获得任何好处,但英特尔放弃其ARM架构产品后,这片DEC和英特尔打下的江山,最终还是落到了ARM公司手上。

 

  1998年4月17日,ARM在英国伦敦证交所和美国纳斯达克上市,行价为每股5.75英镑(纳斯达克发行价为29.17美元),市值达到2.64亿英镑。仅仅一年半后,ARM就登上了伦敦证交所富时100指数。

 

  第二阶段,则是2006年之后,随着智能手机和谷歌安卓系统的发展,ARM越发强大,最终垄断了整个手机市场。

 

  从2005年开始,ARM对产品进行了进一步细化。

 

  ARM意识到除了ARM9的高端处理器市场以外,还有低成本低功耗的微控制器市场,提出了Cortex产品线,并将处理器架构分为面向高性能的Cortex-A、面向实时控制场景的 Cortex-R,以及面向微控制器市场的 Cortex-M,产品进一步细化。

 

  2006年,英特尔放弃移动芯片业务,从此再未在手机领域处理器架构之争中掀起水花。

 

  当年,英特尔遭遇危机,业绩坠入低谷,PC端业务遭遇老对手AMD的猛烈攻击。为守住PC市场,英特尔时任CEO贝瑞特决定放弃移动芯片市场,英特尔进行了有史以来最大的一次裁员,砍掉了当时看起来并不赚钱的移动通信业务,并于6月将XScale其通信及应用处理器业务出售给Marvell公司。

 

  2007年,苹果发布的跨时代产品iPhone开启了智能手机时代,第一代iPhone采用了ARM设计、三星制造的芯片。次年,谷歌推出的Android(安卓)系统,也是基于ARM指令集的。

 

  全球两大手机操作系统IOS和Android都基于ARM指令集设计,这将全球软件应用厂商都和ARM指令集绑定起来。ARM在手机领域拥有了绝对的生态优势。苹果、高通、英伟达、微软、亚马逊、Ampere Computing、华为等客户都是ARM阵营一员。

 

  等英特尔2008年稳固好PC市场,想通过Intel Bonnell微处理器架构开发Atom重启移动芯片市场时,已经错过了时间窗口期。

 

  到2011年,ARM在手机市场上的份额已经超过90%,颠覆了英特尔一家独大的处理器市场格局。

 

  2016年,英特尔彻底关闭Atom生产线;2019年,随着高通和苹果的和解,英特尔将5G业务卖给苹果,彻底退出了移动基带市场。

 

  寻找第二增长曲线

 

  ARM靠收取授权费为生,虽然它在手机领域市场占比较高,但全球手机市场几乎陷入增长停滞状态,ARM必须找到新的增长点。

 

  ARM最早盯上的是PC市场。

 

  2010年,英特尔入侵手机领域时,原本觉得可以和平相处的ARM觉得有被冒犯到,开始反向进军PC市场。

 

  ARM公司前总裁Tudor Brown表示:“英特尔公司想通吃电脑和手机两块市场,我们要说NO!为什么它进入我的地盘,我就不能直接跑到PC市场上去呢?”

 

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  英特尔在芯片研发、设计、制造上一条龙的强势地位,给各环节公司造成压力。当ARM CEO Warren East放话“希望能在未来的12个月内,在服务器市场看到一些我们的东西”后,传统、封闭的PC生态圈被拉开了一个口子,ARM吸引了IBM、戴尔等计算机厂商的目光。

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