Arm 的故事：从阿基米德到高级 RISC 机器

1986 年，英国 Acorn Computers 的 Steve Furber、Sophie Wilson 和一小群设计师开发了 Acorn RISC Machine (ARM) 微处理器，他们都在 Acorn Computers 的联合创始人 Hermann Hauser 指导下工作。

这个团队的目标是开发 8 位 MOS 技术 6502 的后继产品，该产品可用于 Acorn 的家用、教育和商用计算机。遵循精简指令集计算机（或 RISC）理念，他们从零开始设计了一种微处理器，其性能优于英特尔和摩托罗拉等公司的最新 16 位和 32 位设计。

他们专注于降低制造成本，这意味着 ARM 使用的晶体管少于 25,000 个，而且功耗极低。但到 1986 年，Acorn 的业务陷入困境，迫使其将控股权出售给意大利计算机制造商 Olivetti。现在的问题是 Acorn 及其新的意大利所有者将如何使用 Acorn RISC 机器。

Olivetti 由富有魅力的实业家 Carlo de Benedetti 经营。De Benedetti 此前曾担任意大利汽车制造商菲亚特的首席执行官，但他的任期在工业行动后几个月结束，当时他试图解雇 60,000 多名工人。

在 Olivetti，他制定了一项削减成本的战略，并将公司的重心从办公设备转移到计算机技术上。1985 年，他将公司 25% 的股份卖给了美国电信巨头 AT&T。除了为 Olivetti 筹集资金以进行扩张外，这笔交易的理由被表述为让公司能够使用 AT&T 的技术，包括微处理器。到 1985 年，Olivetti 已成为仅次于 IBM 欧洲业务的欧洲第二大计算机公司。因此，凭借投资 AT&T 增强的财务实力，Olivetti 可以自由地进行交易，包括对 Acorn 的投资。

到 1986 年，RISC 非常流行。加州大学伯克利分校和斯坦福大学的研究工作为 Acorn 团队开发 Acorn RISC Machine 提供了最初的灵感，并各自促成了各自的商业发展。这些将分别变成 SPARC（由 Sun Microsystems 于 1987 年推出）和 MIPS。IBM 在 1986 年出现的 IBM PC/RT 中使用了它的 RISC 微处理器 ROMP，其中大部分 RISC 概念已经出现。

在其他地方，几乎所有其他主要公司似乎也在致力于他们的 RISC 设计。惠普公司在 1986 年 2 月推出了 PA-RISC。甚至英特尔也推出了一款以伯克利 RISC 为灵感的 i960，它于 1984 年问世。

说回到 Acorn，与 Olivetti 的关系并不像 Acorn 团队计划的那样顺利。他们曾相信 Olivetti 会帮助出售 Acorn 一些未售出的电脑库存，这是 Acorn 陷入财务困境的原因之一。事实上，Acorn 的产品很少是由 Olivetti 的销售团队销售的。联合创始人克里斯·库里 (Chris Curry) 回忆说，在收购一年后，Oilvetti 的 de Benedetti 向他在剑桥的管理团队询问了为什么这没有发生，只是被告知：「这是因为你告诉我们我们不得销售除 IBM PC 兼容产品外的任何产品。」

在与 Zilog 的 Z8000 微处理器进行了短暂但不成功的接触之后，Olivetti 开始专注于 IBM 兼容机。尽管 de Benedetti 提出了挑战，但 Olivetti 从未在其个人计算机设计中大量使用 ARM 技术。在可预见的未来，ARM 的命运将与 Acorn 的命运紧密相连。并且使用 ARM 的策略在很大程度上与以前一样——作为 Acorn 自己的台式计算机中的 6502 的替代品。

在 Olivetti 投资后不久，Chris Curry 于 1985 年离开了 Acorn。他后来对 Olivetti 在收购后的表现感到愤怒：

...... 我们应该起诉他们，因为他们违反了合同。但是，我们并没有那样做，后来 Olivetti 行使了它的权利，获得了公司 75% 的股份，并赋予了他们自己的控制权，并逐渐关闭了该公司……

到 1985 年底，Olivetti 又向公司注资 400 万英镑，并拥有近 80% 的股份。Olivetti 从未完全拥有 Acorn，Acorn 仍在伦敦证券交易所上市，外部股东持有该公司的少量股份。因此，所有人——包括潜在的电脑购买者——都会看到其持续存在的问题和脆弱性。

Hauser 成为 Olivetti 的研究副总裁，负责监督欧洲和美国的多个研发中心。不再参与 Acorn 的日常管理。

在完成 ARM 微处理器后，ARM 团队将注意力转向另外三个设计，包括执行内存管理（使用称为 MEMC 的芯片）、控制视频和声音 (VIDC) 以及其他输入和输出 (IOC)。

该团队还对原始 ARM 微处理器设计进行了一些小的更新。整数乘法和组合乘加指令被添加到指令集中。新设计将使用 VLSI 技术的较小的 2um 工艺，创建一个 CPU，称为 ARM 2。

任何新的 ARM 机器都需要一个操作系统。Acorn 在 Palo Alto 建立了一个开发中心，称为 Acorn Research Center 或 ARC，以其在图形用户界面方面的开创性工作而闻名。那里的团队正在为称为 ARX 的新机器开发高度复杂的操作系统。

但 Acorn 的管理层开始担心 ARX 的缓慢进展，并求助他们位于英国剑桥的软件团队 Acornsoft。据领导该团队的 Paul Fellows 说，他们被告知『硬件正在制造中，我们没有软件，你们在 Acornsoft 做得不多，你们能为我们制作一个类似 BBC 的操作系统吗？你有 5 个月的时间。」紧迫的时间表导致该软件在周四之前被称为 Arthur，是 AR ISC 的缩写。

ARX 在与 Arthur 的正面交锋中败北。这导致 Arthur 仍然不完整。

1987 年 6 月，终于确定推出基于 ARM 的 BBC Micro 后继产品。《Acorn 用户杂志》宣布「RISC Machine 是下一个 BBC Micro」，标题是《几乎神话般的 Acorn RISC 计算机将成为下一个 BBC Micro》。

这台新机器将被称为阿基米德。将有两个不同的模型系列，A300 和 A400 系列。第一批机器是 A305、A310、A410 和 A440。

尽管 Acorn 的竞争对手提出抗议，但 Archimedes A305 和 A310 仍被冠以「BBC 微型计算机系统」的烙印，并且它们正式出现在 BBC 的「Micro Live」节目中（该节目是为 BBC 的计算机扫盲项目制作的早期节目的后续节目）。

阿基米德的第一批评论是非常积极的。英国的个人电脑世界说阿基米德：

'...... 感觉就像是我用过的最快的电脑，有相当大的优势。基准测试不足以散发出它在使用中散发出的力量感；你所做的几乎所有事情都会立即发生……」

同样的评论也对 Arthur 做出了评价：

「重叠的、可调整大小的窗口是彩色的，类似于 GEM、Windows 和 Macintosh 的混合体。」（GEM 是 Digital Research 的窗口系统，然后在 Atari ST 上发布）。

对于 Arthur 的所有局限性，它确实有一些真正的创新。这将是第一个具有任务栏或停靠栏的 GUI，比 NeXT 的 NextStep 操作系统提前一年推出该功能。

这一时期的一则 Acorn 广告以「万岁阿基米德」为标题宣传了它的主要卖点——性能，在所有 MICROS 中速度最快。附表显示 Acorn 机器大大超过了 Atari ST、Amiga 和一系列基于 Intel 的机器。事实是测试使用 BASIC 和 Sophie Wilson 的 BBC BASIC 以其高效着称，可能对结果感到满意。

入门级 A305 的价格为 799 英镑，比同类 Mac 或基于英特尔 386 的 PC 便宜得多，后者的价格要高出大约 3 倍。

一份最新报告将 ARM CPU 的低成本确定为整体产品低成本的部分原因：

最低订购 100 个 20 MHz 的摩托罗拉 68020 成本约为 300 英镑；16MHz Intel 80386 售价 240 英镑。但是一个 10 MHz Acorn RISC Machine (ARM) CPU，其性能将轻松胜过任何一个，并且不需要昂贵的高速静态 RAM，成本仅为 44 英镑。

借助阿基米德，Acorn 实现了令人印象深刻的集成度。公司现在有了自己的微处理器设计，并在自己的计算机上销售它，并配有全套软件，包括多种语言和带有图形用户界面的操作系统。所有这一切都来自一家员工不到 500 人的公司。

不过，到目前为止，Acorn 和阿基米德正面临着激烈的竞争。在商业市场上，IBM 兼容机占主导地位。在市场上有基于摩托罗拉 68000 的机器，虽然不如阿基米德强大，但软件范围更广，尤其是游戏。

Atari ST 于 1985 年 6 月推出，Commodore Amiga 于同年 7 月推出。两者都提供图形用户界面，而且机器的价格远低于阿基米德。摩托罗拉 68000 不是 ARM 2 的对手，但是当 Archimedes 推出时，这两台机器已经构建了大量的游戏软件。阿基米德可用的软件范围永远不会赶上。

因此，阿基米德的销售主要局限于教育市场。尽管如此，它仍然面临着来自基于英特尔的机器的竞争，包括来自 Acorn 的所有者 Olivetti，他推动 Acorn 销售重新标记的基于英特尔 8088 的机器，他们称之为 M19，有点缺乏想象力。

在接下来的几年里，Acorn 继续开发 Archimedes 系列，但取得的商业成功有限。它确实在一些利基市场找到了一席之地，在这些市场中，阿基米德的计算能力和图形功能很有价值。例如，阿基米德的后继者被用来生成「谁想成为百万富翁」第一集的图形。对于某些人来说，这是一台令人向往的机器。在早期对 6502 进行编程之后，后来继续创建 Linux 的 Linus Torvalds 想要一个：

我想升级到的是 Acorn Archimedes ……它给了 ARM 名字，那是我一段时间以来的梦想机器。

但 Torvalds 不得不接受更便宜的 68008 驱动的 Sinclair QL。与超过 150 万台 BBC Micro、200 万台 Atari ST 和近 500 万台 Amigas 相比，Acorn 只售出了几十万台基于 ARM 的机器。

如果 Acorn 和阿基米德一瘸一拐地走下去，为它提供动力的 Acorn RISC 机器就会继续发展。1989 年，ARM 团队完成了 ARM 3。这增加了 4 KB 缓存，时钟速度跃升至 33 MHz，同时采用 VLSI 1.5 um 技术的改进版本制造。这大大提高了新 CPU 的性能，但并未以显着增加晶体管数量为代价。与竞争对手相比，ARM 3 仍然是低成本和低功耗的。

苹果

至此，Hauser 和 Acorn 的董事长 Elserino 已经决定有必要为 ARM 技术寻找买家。很明显，它需要增加投资水平才能保持相关性，Acorn 的业务不会支持它，Olivetti 也没有胃口。

因此，他们利用 Elserino 广泛的人脉网络来寻找买家。在与多家公司洽谈后，他们差点与德国西门子达成交易，但最终以失败告终。已接洽了 ST Microelectonics 的前身 SGS-Thomson，但他们已经投资了另一家英国微处理器公司 INMOS 及其晶片机技术。

使用中的 Active Book 和电子表格/图表应用程序的屏幕截图

1988 年，Hauser 离开 Olivetti，用自己的 100 万英镑创办了「The Active Book Company」。计划是制造一台平装本大小的计算机，配备 ARM 微处理器，屏幕可以使用手写笔进行交互。

尽管 Hauser 已离开 Olivetti，但他仍然对 ARM 微处理器的未来感兴趣。它的未来看起来很黯淡，但 Hauser 的个人关系最终会得到回报。

到 1989 年，Apple 已经开发了 Newton 手持设备两年。1985 年，约翰·斯卡利 (John Sculley) 赶走了史蒂夫·乔布斯 (Steve Jobs)，当时他正在运营苹果公司。正是 Sculley 创造了个人数字助理这个词，该词将用于牛顿和后来的类似产品。

Newton 的最初设计使用了一个名为 Hobbit 的中央处理器，该处理器由 AT&T 开发。Hobbit 是 CRISP 的衍生产品，由 AT&T 贝尔实验室的 Dave Ditzel 和 Rae McLellan 开发。Ditzel 与 Patterson 合着了论文「精简指令集计算机的案例」，这是 RISC 开发的重要早期论文之一，也是 Steve Furber 和 Sophie Wilson 在开始研究 ARM 1 之前阅读的论文之一。Hobbit 和 CRISP 不是纯粹的 RISC 机器，而是将 RISC 概念的元素与基于堆栈的体系结构相结合。

1989 年，Newton 项目举步维艰，当时领导 Apple 的 Advanced Technology Group 的 Larry Tesler 接手了该项目。特斯勒之前曾带史蒂夫乔布斯参观过施乐公园，这次参观导致乔布斯采用了苹果 Lisa 和 Macintosh 中使用的鼠标和图形用户界面。他很快对 AT&T 提供的服务感到不满意。根据特斯勒的说法：「Hobbit 不适合我们的目的，而且价格过高。在 AT&T 要求增加数百万美元而不是一美元的开发费用后，我们犹豫了。」

还有另一个关键因素。特斯勒不相信 AT&T 会长期继续支持 Hobbit。作为一家大公司的一个小部门，Hobbit 对 AT&T 来说真的没那么重要。

这不是苹果第一次关注基于 ARM 的设计。几年前，Apple 的「高级技术组」成员 Tom Pittard 和 Paul Gavarini 注意到 Acorn 在需要 6502 的继任者方面与 Apple 处于相似的位置，并对 ARM 项目产生了兴趣。早在 1986 年，他们就使用 ARM CPU 构建了一台原型台式计算机，作为名为 Möbius 的项目的一部分。Möbius 机器的速度足以在软件上模拟 Apple II 和 Macintosh II。但是 Möbius 的强大功能可能会破坏现在是 Apple 领先设计的基于 68000 的 Macintosh 系列，因此 Möbius 被放弃了。

所以 Apple 拥有已经熟悉 ARM 的工程师。鉴于 ARM 设计已经过全面调试且功耗已经很低，因此他们将 Newton 项目切换到 ARM 变得越来越有意义。

只有一个问题。Acorn Computers 名义上是 Apple 的竞争对手。它销售的是一款价格低廉、功能强大的台式机，带有可与 Macintosh 竞争的图形用户界面。Archimedes 的销量可能很小，但 Acorn 得到了 Olivetti 的支持。将 Newton 的未来交给竞争对手是没有意义的。

因此，双方同意将 Acorn 的 ARM 技术分拆成一家独立的公司，Apple 和 Acorn 将与为 Acorn 制造 ARM 半导体的 VLSI Technology 一起持有大量股份。每家公司拥有的股份分别为 Acorn 46%、Apple 46% 和 VLSI 8%。Apple 投资了 150 万英镑，Tesler 认为这比他们必须支付给 AT&T 的开发费用要少，因为他们的股份同时 Acorn 注入了 ARM 技术。

虽然苹果没有完全控制新公司，但其大量持股使其在公司的管理和方向上拥有巨大的发言权。如果公司陷入困境或 Acorn 对其失去兴趣，那么 Apple 始终可以选择进行更多投资并取得控制权。

由于该技术不再完全依赖于 Acorn，因此 Acorn RISC Machine 这个名称不再合适。不过，缩写 ARM 已经流行起来，因此「Acorn」被简单地替换为「Advanced」。Advanced RISC Machines Limited 于 1990 年 12 月 3 日成立。

新公司需要一些员工，因此曾从事 Acorn RISC Machine 开发工作的 Acorn 团队成员将转移到新公司。最后，只有十二名工程师转岗。尽管这家新公司存在风险（而且是 RISCy），但留在仍在苦苦挣扎的 Acorn 也不是一个安全的选择。

也许令人惊讶的是，无论是设计原始 ARM 微体系结构的 Steve Furber 还是设计指令集的 Sophie Wilson，都不会转移到新公司。

Furber 想从事学术工作，1990 年他搬到曼彻斯特大学，成为计算机工程教授。

Wilson 想留在 Acorn，在那里她在开发可在 ARM 设计上运行的软件方面发挥了关键作用。她会为新公司工作，但以合同为基础，后来说：「所以我留在了 Acorn，因为我觉得加入一家小型芯片公司不会让我做这些事情——显然 Acorn 将我的服务作为 ARM 的顾问承包回来了。ARM 需要我的服务，尤其是在他们能够真正让它自己运行之前的早期。」

因此，十二名工程师将成为新公司的创始人。这十二个人是杰米·厄克特、迈克·穆勒、都铎·布朗、李·史密斯、约翰·比格斯、哈里·奥尔德姆、戴夫·霍华德、皮特·哈罗德、哈里·米金斯、阿尔·托马斯、安迪·梅里特和大卫·西尔。

Robin Saxby

新公司还需要一名首席执行官。猎头公司找到了一个 ARM 团队和 Hermann Hauser 已经熟知的名字。

Robin Saxby 曾在 1973 年至 1984 年间为摩托罗拉工作，并曾尝试将摩托罗拉 68000 微处理器出售给 Acorn，但未成功。豪瑟对 Saxby 怀有极大的钦佩之情，后来称他为「一个完美的推销员，一个了不起的人」。

当 Saxby 离开摩托罗拉时，他领导着欧洲硅结构 (ES2) 的欧洲分部。ES2 使用先进的硅编译器和 Perkin Elmer AEBLE 电子束机来创建定制集成电路。ES2 筹集了 1 亿美元的资金，但最终由于电子束机器的低生产率而失败，最终耗尽了资金。与此同时，Saxby 领导了 ES2 在美国的合资企业 US2，并往返于硅谷和英国的布拉克内尔之间。

在决定接受这份工作之前，Saxby 在一家酒吧会见了 Acorn 工程师的十二名工程师。这将是对 Saxby 和新团队能否良好合作的关键考验。

工程师们迟到了，很快就因为缺乏专业精神而受到 Saxby 的训斥。Saxby 和一位来自 ES2 的同事盘问了工程师们。在 Saxby 结束时做出了他的决定。ARM 可能只是工作，他会加入新公司。

在决定跳槽到新公司后，Saxby 逐渐将重心从 ES2 转移，开始为 ARM 工作几天，同时继续为 ES2 工作，最终于 1991 年 1 月成为 ARM 的全职 CEO。

ARM 谷仓

大约 1991 年的「ARM 谷仓」。像诺亚方舟一样木制，但它会拯救 ARM 创始人吗？

新公司需要一个地址。Saxby 在剑桥以外 8 英里处的 Swaffam Bullbeck 村发现了一个经过改造的谷仓。拥有谷仓的农民告诉 Saxby，谷仓里从来没有动物死过，Saxby 认为这是他的新公司生存的好兆头。

具有讽刺意味的是，考虑到 Arm 未来在为手机供电方面的作用，当 ARM 团队搬进来时移动通信有些困难，因为谷仓处于「死区」。其中一个团队不得不改变他的「寻呼机」，然后离开谷仓去接电话。

新公司的早期也在其他方面「临时凑合」。由于钱不多，Saxby 尽可能地存钱。在说服家具公司可以将谷仓里的照片用作宣传册后，他以折扣价为新公司购买了家具。董事会的桌子是掷硬币赢得的，但公司没有钱买书架，所以工程师们不得不把书堆在地板上。

新公司有两个主要客户，它们签订了交付新设计的合同。但这不太可能足以维持业务。尽管 Newton 是一个有趣的产品，但它的未来并不确定。Acorn 的财务和市场地位仍然非常不稳定。

他们很快失去了 Hauser's Active Book Company 这个客户。它被 AT&T 接管，Hauser 成为 AT&T 的 EDO 部门总裁，Active Book 公司的产品转而使用被苹果拒绝的 Hobbit 微处理器。1994 年，AT&T 关闭了微处理器部门，Hobbit 也随之终结。最终，拉里·特斯勒 (Larry Tesler) 被证明对 AT&T 承诺的浅薄是正确的。

不过，到目前为止，高性能微处理器之间的竞争非常激烈。英特尔的 80486 于 1989 年推出，在台式机商务机中占据主导地位。有一类配备图形用户界面的摩托罗拉 68000 系列机器，高端的是 Apple，而价格较低的是 Atari ST 和 Amiga。一系列功能强大的基于 RISC 的机器，使用 MIPS 和其他公司的设计，在工作站市场上处于领先地位。这些设计中的每一个都得到了大型组织或资金雄厚的新人的支持。

另一方面，Advanced RISC Machines 在 Acorn 复制了 Hauser 的早期模型，但资金和资源都很少。不过，分拆为他们赢得了一些时间，并在一定程度上控制了他们的命运。

那么，十二位 Acorn 工程师跳入的「方舟」会幸存下来，还是会被沉没呢？

本文由半导体产业纵横（ID:ICVIEWS）编译自 thechipletter