История ARM. Часть 1 - От возникновения до акционерной компании

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2011

Markus Levy, Convergence Promotions

Acorn – начало

Шел 1979 год. Atari представила свою версию игрового автомата Asteroids. На свет появился язык программирования ADA. Основались такие компании, как 3COM, Oracle, и Seagate. TI вышла на компьютерный рынок. Hayes начала продажи своих первых модемов, которые впоследствии стали промышленным стандартом. Были представлены процессоры Motorola 68K и Intel 8088. И в это же время Герман Хаузер (Hermann Hauser) и Крис Керри (Chris Curry) с группой студентов и исследователей из различных лабораторий Кембриджского университета основали Acorn Computers, чтобы начать разработку персональных компьютеров в Кембридже.

Основатели Acorn Герман Хаузер и Крис Керри в конце 1970-х годов

Первым продуктом Acorn стал британский домашний компьютер Atom с быстрым по тем временам процессором 1 МГц и 12 килобайтами ПЗУ и ОЗУ. После этого, в целях расширения производства и сбыта домашних компьютеров, а также, для повышения компьютерной грамотности британцев компания начала работу с Британской телерадиовещательной корпорацией (BBC). Получившийся продукт, BBC micro, достиг поразительного успеха после выхода в свет в 1982 году.

Персональный компьютер Atom – первый продукт компании Acorn

Компьютер BBC micro

Однако остальные игроки на компьютерном рынке тоже не сидели сложа руки. Например, компания Apple представила компьютер Lisa, который сочетал в себе первую для ПК коммерческую оконную среду и 16-разрядный процессор. Это дало понять людям из Acorn, что все увеличивающаяся производительность будет необходима за пределами сферы 8-разрядных вычислительных машин. И в качестве непосредственного результата в Acorn был организован отдел Перспективных исследований и разработок, чтобы попытаться реализовать специальный проект процессора с сокращенным набором команд (RISC). На тот момент эта идея была довольно-таки революционной.

Рождение ARM процессоров

Результатом этой научно-исследовательской работы стал первый ARM процессор (от сокращения фразы Acorn RISC Machine, которая потом сменилась на Advanced RISC Machine). Первые экземпляры процессора, изготовленного компанией VLSI Technology на основе кремния по 3-мкм технологии, Acorn представила в 1985 году. Результат превзошел первоначально поставленные цели разработки, так как в процессоре использовалось менее 25000 транзисторов.

ARM1 вскоре сменился моделью ARM2, первой версией ARM процессора, запущенной в массовое производство, и, возможно, самым простым RISC процессором в мире, состоящем всего лишь из 30000 транзисторов. По сравнению с ARM1 он имел улучшенный набор инструкций, повышающий производительность окружающих его систем. Процессор имел 32-разрядную шину данных, 26-разрядную шину адреса, 16 регистров, а также внешний кэш. Среди прочего, были добавлены инструкции умножения и умножения с накоплением, облегчающие цифровую обработку сигналов, необходимую для генерации звуков – важной функции для домашних компьютеров и компьютеров, используемых в сфере образования. Несмотря на все эти дополнения, кристалл ARM2 все равно отличался малыми размерами и небольшим количеством транзисторов. Новый процессор, как и ARM1, также производился компанией VLSI Technology, получившей права на его продажу.

Кристалл процессора ARM2

Первым продуктом на базе ARM2 была ARM система разработки, включающая в себя сам ARM процессор и три дополнительные микросхемы, 4 Мб ОЗУ и набор средств разработки с расширенной версией BBC BASIC.

Вторым изделием, в котором использовался ARM процессор, был мультимедийный ПК компании Acorn под названием Archimedes, выпущенный в 1987 году. Компьютер состоял из 8-мегагерцовой версии процессора ARM2, трех микросхем поддержки (MEMC, VIDC и IOC), контроллера ввода/вывода и простой операционной системы. После выхода на рынок Archimedes получил довольно прохладные отзывы, поскольку тогда большинство персональных компьютеров придерживалось стандарта IBM PC, в то время как Acorn представила компьютер с новым процессором, новой операционной системой и без какого-либо программного обеспечения, необходимого пользователям. Потребовалось два-три года, чтобы разработать достаточное количество приложений для ARM процессора и ПК Archimedes. После этого компания Acorn улучшила и развила свои модели компьютеров, чтобы утвердиться в качестве лидера на британском рынке компьютеров для дома и образования.

Персональный компьютер Acorn Archimedes

После выхода Archimedes Acorn продолжала поддерживать свою команду исследователей и разработчиков в создании улучшенных версий ARM процессоров. Для обеспечения такого уровня производительности, который отвечал бы требованиям самых современных персональных компьютеров, были добавлены 4 Кб встроенного кэша данных и команд, а тактовая частота увеличена до 25 МГц. Так появился ARM3. В 1990 он стал использоваться в настольных компьютерах компании Acorn.

Acorn падает с дерева: яблоко и Ньютон

Тем временем, Герман Хаузер начал новый бизнес, основав компанию Active Book Company, сфокусировавшую свою деятельность на формирующемся рынке персональных электронных помощников (PDA). А команда разработчиков ARM переделала продукт, сделав процессор полностью статическим, что позволяло останавливать тактирование для снижения потребляемой мощности – непременное условие для подобных приложений.

Между тем, компания Apple также выходила на рынок PDA, и уже разработала первый Newton, основанный на процессоре AT&T с низким энергопотреблением, названным Hobbit. Джон Стоктон (John Stockton), научный сотрудник VLSI Technology, убедил проектную группу и Ларри Теслера (Larry Tesler), который возглавлял команду в Apple, в необходимости использования ARM. Оба пришли к согласию в том, что компания Apple желала бы использовать в своей продукции процессоры ARM, но по причинам конкуренции в этом плане хочет сотрудничать с какой-либо другой компанией, а не с Acorn. Только через шесть недель, в 1990 году, удалось договориться о создании совместного предприятия между Apple, VLSI Technology и Acorn.

Причудливым завихрением в этой истории со сделкой было то, что Герман заключил ее с AT&T через Active Book Company, и все это стало называться EO Ltd. Конструкция EO перешла с процессоров ARM на процессоры Hobbit, а Newton фирмы Apple стал, в свою очередь, использовать ARM вместо Hobbit!

Двенадцать инженеров и паб

В свое время Герман Хаузер также создал компанию Cambridge Processor Unit (CPU). Робин Сэксби (Robin Saxby) из Motorola поставлял чипы Герману для CPU, и у них уже тогда наладились хорошие отношения. После собеседования Робин был приглашен на должность генерального директора, но прежде чем согласиться, он попросил организовать ему встречу с «командой двенадцати». Робин вспоминает: «Следовало принять ключевое решение: смогу ли я расширить команду, или же не создавать дополнительных затрат, нанимая кого-нибудь со стороны. После этой встречи я выбрал последнее». Члены команды вспоминают, что Робин хотел встретиться с ними на нейтральной территории, поэтому они выбрали паб неподалеку. Все пришли вовремя, но Робин пришел за 10 минут до назначенного времени. Робин был известен команде как «наемный убийца», который привел в порядок бизнес ES2, поэтому его приветствие «Вы опоздали на четыре минуты, еще одна минута – и я бы ушел» оставило незабываемое впечатление.

Сэр Робин Сэксби

Новый ARM на перепутье

В своей новой роли генерального директора, 27 ноября 1990 Робин официально создал компанию Advanced RISC Machines Ltd. (ARM). По заявлению Робина, целью новой компании было «повернуться к растущему рынку и атаковать его высокопроизводительными, малопотребляющими и дешевыми 32-разрядными микросхемами с RISC-архитектурой».

На тот момент Робину пришлось решать множество стратегических дилемм. Так, один из вариантов развития состоял в том, чтобы слить бизнес с полупроводниковой компанией, а затем выделить и возглавить новое подразделение с крупной финансовой поддержкой. Другой путь заключался в создании полупроводниковой компании, которая разрабатывала бы и поставляла на рынок микросхемы, в то время как их производство выполнялось бы на субподрядной основе. Возможно, ARM могла бы стала бы партнером Apple, чтобы стимулировать разработку всей новой продукции. Однако принятое в конечном итоге решение заключалось в разработке основных технологий с последующим их лицензированием в качестве интеллектуальной собственности (IP). Оригинальной мыслью для ARM, в данном случае, было создание «партнерской модели», посредством которой могли бы быть созданы глобальные стандарты. В последствии это развилось в модель лицензирования IP, используемую сегодня.

По мере развития полупроводниковой отрасли с 1960-х, игроки на этом поле становились все менее интегрированы по вертикали. Впервые это проявило себя, когда компании стали продавать собственные подразделения по изготовлению оборудования для полупроводникового производства. Fairchild, Motorola и Texas Instruments – все прошли этот путь. В 1980-х в Кремниевой долине зародился новый вид бизнеса – фаблесс-компании, т.е., компании без собственного производства. Они заключали субподрядные договоры на производство своей продукции в Японии и на Тайване. В 1990-х появилась новая модель маленьких инновационных компаний, создающих продукцию интеллектуальной собственности, которая превращалась в реальные изделия с помощью уже других компаний, занимающихся также ее продажей и представлением на рынке. И ARM была первооткрывателем этой модели.

Первый год ARM

ARM приступила к работе, невзирая на скептицизм, исходящий от отрасли полупроводниковых приборов. Один из близких друзей Робина настаивал на том, что такая модель совместного предприятия никогда не заработает, потому что все партнеры (которые также были первыми клиентами ARM) имели определенные капиталовложения – Acorn предоставляла персонал, Apple обеспечивала финансовую поддержку, а VLSI Technology – технологии средств разработки. В первый год ARM столкнулась с серьезной проблемой, исчерпав практически все финансовые ресурсы. Как утверждал Робин, «В первые дни мы были очень экономны и скупы, считая мили, потраченные на перелеты. Начальная фаза была очень тяжела, и получение кредитной линии также было тяжелым испытанием. В конечном счете, благодаря старым контактам с одним банковским служащим, я все же получил кредит». В качестве одной из мер экономии, маленькая команда ARM располагает свои офисы в переделанном амбаре в местечке Swaffham Bulbeck близ Кембриджа.

Первый офис ARM вблизи Кембриджа

А где же ARM4 и ARM5?

Они никогда не производились, но ARM зарезервировала место для ARM4 и ARM5 в своей линейке на случай, если бы компания пошла по пути создания упрощенной продукции. Так как данная разработка переходила от Acorn к ARM Ltd., числовое обозначение процессоров было изменено. И, в итоге, номера 4 и 5 оказались пропущены.

Первая микросхема ARM

Хотя процессор ARM создавался как заказное устройство для совершенно конкретной цели, разрабатывающая его команда чувствовала, что самый правильный путь – это путь производства процессоров с характеристиками, удовлетворяющими как можно более широкому кругу приложений. Однако надо отметить, что судьба архитектуры ARM сложилась случайно. В то время как большинство производителей процессоров с RISC архитектурой занималось конструированием сравнительно больших микросхем (SPARC RISC, Intel i860, AMD 29000 и т. д.), ARM предпочла создавать процессоры с малой степенью интеграции. Одной из причин такого решения, было то, что имеющихся у компании на тот момент средств разработки было недостаточно для создания больших и сложных устройств. Сейчас это является несомненным преимуществом ARM-процессоров, но начиналось все с того, что команде талантливых, но неопытных инженеров (большинство членов команды было программистами и разработчиками схем на уровне печатных плат) потребовалось создать процессор, используя новые для нее инструменты разработки, многие из которых, к тому же, давно устарели.

Несмотря на стесненные условия работы, мотивация и азарт у маленькой команды были высоки. Как и для большинства стартаповых компаний, главной целью ARM было выпустить свою первую готовую продукцию. В данном случае, таковой стал процессор ARM610, специально разработанный для Apple. Это устройство поддерживало полную 32-разрядную адресацию и обратный порядок байтов – одно из многочисленных требований компании Apple, необходимых для использования процессора ARM в ее будущих разработках. Были также разработаны улучшенный видеоконтроллер VIDC20 и сопроцессор с плавающей точкой. Целью Apple было использование их продукта в процессоре персонального карманного органайзера. От процессора, ставшего известным под названием ARM600, впоследствии произошел 20-мегагерцовый ARM610, использовавшийся в компьютерах Newton. Одновременно, команда разработчиков программного обеспечения из ARM создала межплатформенный кросс-инструментарий разработки, позволявший проектировщикам при работе на разных платформах применять средства разработки ARM, ассемблер, компиляторы, отладчики и эмуляторы.

Процессор ARM610

Производились также аппаратные оценочные комплекты, с помощью которых разработчики могли экспериментировать с ARM6 и начинать разработку операционной системы и программ поддержки для своих приложений, не дожидаясь появления законченной системы. ARM разработала также оценочную кросс-платформу PIE (Platform Independent Evaluation), позволявшую конструктору проверять свои идеи, вставив кросс-плату ARM процессора в хост-компьютер и запустив инструментарий кросс-разработки.

Первая настоящая сделка

В конце 1991 года ARM впервые получила возможность показать себя в телевизионной рекламе, когда продала лицензию на свою продукцию британской компании GEC-Plessey Semiconductor.

Между тем, Sharp лицензировала компьютер Newton фирмы Apple, что повысило интерес к процессорам ARM. ARM начала переговоры с представителями Sharp в Соединенном Королевстве, Японии и Америке, но окончательный договор был подписан в отеле неподалеку от британского городка Мэйденхэд. Стороны не могли прийти к соглашению на протяжении целого вечера. В конце концов, вошел служащий отеля, чтобы сказать, что конференц-зал забронирован для свадебной церемонии, и все должны покинуть помещение. Тогда Робин позвонил жене и сообщил, что они отправляются домой. Чтобы не давить на его семью, вся делегация Sharp и команда ARM, вместе с семьей Робина, пошли на обед, заключили соглашение, и затем принялись обсуждать американский футбол.

Момент решающего прорыва для ARM настал в 1993 году с началом сотрудничества с Texas Instruments (TI). Это был прорыв, который повысил уровень доверия к ARM и доказал жизнеспособность новой бизнес-модели лицензирования. Соглашение подтолкнуло ARM к формализации этой модели, а также к созданию более рентабельных продуктов.

Вслед за TI, за лицензией к ARM обратилась компания Samsung, и всего лишь после четырех встреч соглашение было достигнуто. Деловые связи внутри отрасли оказали существенное влияние на повышение уровня восторженной поддержки продукции ARM и принесли компании новые соглашения о лицензировании. Эти сделки также открыли дополнительные возможности для развития RISC-архитектуры. Относительно небольшая, но динамичная культура ARM дала этому направлению преимущество в сроках разработки продукции, что является существенным фактором в такой быстро развивающейся сфере производства. Подтверждением этому явилась лицензия Digital Equipment Corporation (DEC), ставшая той движущей силой, которая привела ARM к созданию версии ARM10 названной StrongARM.

Процессор StrongARM

Время выхода в большое плавание

К концу 1997 года капитал компании вырос до 26.6 миллионов фунтов стерлингов, £2.9 миллиона из которых были чистой прибылью, и пришло время выходить в большое плавание. Хотя компания готовилась к расширению на протяжении трех лет, Робин на счет этого советовал всем: «Подождите, пока вы не поймете, что уже готовы, и затем подождите еще шесть месяцев».

17 апреля 1998 года ARM Holdings plc была внесена в объединенный список Лондонской Биржи и рынка NASDAQ. Для такого шага были две причины. Во-первых, как полагала ARM, NASDAQ был тем рынком, выход на который позволит компании получить ту оценку, которую она заслужила. Во-вторых, два основных акционера ARM были американцами и англичанами, и компания хотела позволить продолжать сотрудничество существующим акционерам Acorn в Великобритании.

Уоррен Ист

Другая проблема для ARM заключалась в продвижении их бренда, так как новые условия требовали привлечения внимания со стороны новой аудитории, включая обычного потребителя. Как говорил Уоррен Ист (Warren East), занявший в феврале 1998 г. пост исполнительного директора ARM, «Наша архитектура лежит в основе широкого спектра потребительской электроники, и нам необходимо учитывать влияние и важность формирования осведомленности о нашей продукции в среде потребителей. Такая осведомленность поможет как ARM, так и нашим партнерам. Но мы не будем решать эту задачу в одиночку. Наш успех основан на стратегических отношениях с нашими партнерами, и мы продолжим разрабатывать наши стратегические планы, включая планы по продвижению бренда, в тесном сотрудничестве с ними». 

Современный офис ARM

Окончание читайте здесь