手機和平板的芯:ARM處理器前身今世
1991年ARM公司成立于英國劍橋,主要出售芯片設計技術的授權。目前,采用ARM技術知識產權(IP)的微處理器,即我們通常所說的ARM微處理器,已遍及工業控制、消費類電子產品、通信系統、網絡系統、無線系統等各類產品市場,基于ARM技術的微處理器應用約占據了32位RISC微處理器75%以上的市場份額,ARM技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。
ARM商品模式的強大之處在于它在世界范圍有超過100個的合作伙伴。ARM是設計公司,本身不生產芯片。采用轉讓許可證制度,由合作伙伴生產芯片。
而在上世紀90年代,受到工藝和市場因素的影響,ARM業績平平,處理器的出貨量徘徊不前。由于資金短缺,ARM做出了一個意義深遠的決定:自己不制造芯片,只將芯片的設計方案授權給其他公司,由它們來生產。正是這個模式,最終使得ARM芯片遍地開花,將封閉設計的Intel公司置于“人民戰爭”的汪洋大海。
但是進入21世紀之后,由于手機制造行業的快速發展,出貨量呈現爆炸式增長,ARM處理器占領了全球手機市場。2006年,全球ARM芯片出貨量為20億片,2010年預計將達到45億片。
ARM通過將處理器架構授權給有興趣的廠家。并卻提供了多樣的授權條款,包括售價與散播性等項目。對于授權方來說,ARM提供了ARM內核的整合硬件敘述,包含完整的軟件開發工具(編譯器、debugger、SDK),以及針對內含ARM CPU硅芯片的銷售權。對于無晶圓廠的授權方來說,其希能將ARM內核整合到它們自行研發的芯片設計中,通常就僅針對取得一份生產就緒的知識產權的認證。對這些客戶來說,ARM會釋出所選的ARM核心的閘極電路圖,連同抽象模擬模型和測試程式,以協助設計整合和驗證。需求更多的客戶,包括整合元件制造商(IDM)和晶圓廠家,就選擇可合成的RTL形式來取得處理器的知識產權。借助可整合的 RTL,客戶就有能力能進行架構上的非常好的化與加強。這個方式能讓設計者完成額外的設計目標而不會受限于無法更動的電路圖。雖然ARM并不授予受權方再次出售ARM架構本身,但受權方可以任意地出售制品。商用晶圓廠是特殊例子,因為他們不僅授予能出售包含ARM內核的硅晶成品,對其它客戶來講,他們通常也保留重制ARM內核的權利。
就像大多數IP出售方,ARM依照使用價值來決定IP的售價。在架構上而言,更低性能的ARM內核比更高性能的內核擁有較低的授權費。以硅芯片實作而言,一顆可整合的內核要比一顆硬件宏內核要來得貴。更復雜的價位問題來講,持有ARM授權的商用晶圓廠可以提供更低的授權價格給他們的晶圓廠客戶。透過晶圓廠自有的設計技術,客戶可以更低或是免費的ARM預付授權費來取得ARM內核。相對于不具備自有設計技術的專門半導體晶圓廠,授權商對每片晶圓多收取了兩至三倍的費用。對中少量的應用而言,具備設計部門的晶圓廠提供較低的整體價格(透過授權費用的補助)。對于量產而言,由于長期的成本縮減可借由更低的晶圓價格,減少ARM的NRE成本,使得專門的晶圓廠也成了一個更好的選擇。
目前很多半導體公司持有ARM授權:Atmel、Broadcom、Cirrus Logic、Freescale、Qualcomm、富士通、Intel、IBM,英飛凌科技,任天堂、OKI電氣工業,三星電子,Sharp,STMicroelectronics,TI德州儀器和VLSI等許多這些公司均擁有各個不同形式的ARM授權。雖然ARM的授權項目由保密合約所涵蓋,在智慧財產權工業,ARM是廣為人知最昂貴的CPU內核之一。單一的客戶產品包含一個基本的ARM內核可能就需索取一次高達20萬美元的授權費用。而若是牽涉到大量架構上修改,則費用就可能超過千萬美元。
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