万字长文：ARM是如何崛起的？

虎嗅2022-11-18

本文来自微信公众号：XYY的读书笔记（ID：xiaoyanyan00002），作者：肖俨衍，原文标题：《【读书】ARM发展史：退一步海阔天空》，头图来自：视觉中国如今，ARM内核芯片几乎垄断90%的智能手机市场，其也成为了研究芯片绕不开的话题。ARM退一步海阔天空——从芯片设计制造一体化到芯片IP授权的独创商业模式，更是开启了一个新的时代。本篇，我们来看看ARM如何从一家摇摇欲坠的落魄公司，成长为...

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X86的CISC（复杂指令集），其基于Load/store精简的指令集架构，获得了更高的效率，还有更低的能耗——当时80286的功耗是3W，而摩托罗拉的68000功耗是1.4W，伯克利的RISC架构CPU将拥有显著更低的功耗。基于前期6502的经验和技术，以及RISC的概念，Acorn在1983年成立了RISC项目组（由Sophie Wilson和 Steve Furber带领）。当时芯片设计EDA等都尚未流行，Acorn除了拥有指令集外，需要完成其他所有研发设计研发工作。此外，当时大公司为了避免bug都会将芯片设计工作重复5-10遍，Acorn没有这样的资金和实力，其简化了整个研发过程（还是花了1年），而简化的流程有个意想不到的效果，虽然当时性能（MIPS，每秒执行指令数量）仍然是核心聚焦，但节能也成为产品意料之外的优点（当时不太看重），1985年4月，ARM1正式推出，其主频为6MHz。与此同时，伯克利的RISC产品重启了4次，显示了开发的难度。ARM1测试完成后，公司想找一些媒体来报道，记者却表示不信这家小公司能完成这样高技术产品。Acorn进军PC，却完全没有竞争力。ARM1拥有杰出的产品，然而作为CPU这样的行业底层基础设施，一旦成为标准，优秀的产品将打败杰出的产品。早在1983年，Acorn就推出了Acorn Business Computer（简称ABC），为了进军计算机市场。公司初期的产品例如Cambridge Workstation 32016在英国教育市场获得一定客户认可，然而和当时主流的Win-tel联盟的PC，包括苹果推出的Macintosh等产品比较来看，Acorn的产品完全没有吸引力，更不用谈没有应用生态支撑。到1985年，Acorn陷入了财务危机，BBC将公司卖给了Olivetti，后者对Acorn不断加强控制，持股比例达到75%，并且改变了公司管理层和文化。RISC开始在工作站等赛道流行，ARM2推出。1986年开始，RISC架构的CPU开始在商用工作站流行（这些机器不需要Win-tel的应用生态，反而需要计算效率、能耗等），IBM、惠普等行业巨头都推出了RISC内核的CPU驱动的商用计算机工作站。被收购后，Acorn重新开发PC产品，除了ARM芯片外，其他操作系统等都处于研发状态。1986年，ARM2推出，其拥有2.5万个晶体管，基于VLSI的2.5微米制程，其最大的改进是基于图形界面的行业趋势，新的产品不仅支持通用计算，而且支持多媒体呈现，包括图像和声音。然而，在加州操作系统开发团队ARX却变成了研发黑洞，一再延期，Acorn后来不得不让英国团队重新开发了RISC OS。1987年，公司的Acorn Archimedes（如下图）系列PC产品正式推出，其搭载ARM2芯片，RISC OS操作系统。然而，Archimedes系列最大的问题是产品定位不清晰：对于教育客户，其定价太高；对于企业客户，其兼容性不够。当然，其作为一个工作站或者满足一些发烧友的需求仍然存在一定价值，但是相比其他竞争对手产品，以及Acorn高预期，其仍然表现让人失望。ARM3推出。然而，Archimedes系列产品不及预期，使得股东Olivetti开始考虑出售Acorn变现，尤其是ARM的芯片技术。他们Pitch了Intel，后者Pass了；找到了西门子，但后者觉得连Olivetti自己（他家也是个历史悠久计算机制造商）都不用ARM芯片，这个技术也没什么价值。当然，Olivetti作为Acorn的股东最大的功劳可能就是没有干扰ARM系列芯片的研发，正是在这种动荡中，1989年，ARM3正式推出，其主频33MHz，基于VLSI 1.5微米制程，其增加一个SWP指令集，用来执行原子读写操作，与其他RISC芯片相比，ARM3具有明显能耗优势。然而，即使有优秀的产品，Acorn在销售能力上的缺失，仍然使得ARM3当时没有用武之地。相比于同类产品如MIPS R3000和AMD的29000，不仅在商用工作站得到了应用，甚至在一些专用的设备上得到新的应用。然而，是金子总会发光，ARM的机会就在不远处。二、峰回路转：与苹果结缘，成立合资公司Acorn因口碑与苹果结缘。实际上，ARM开发者系统已经在学术界诸多编译器和软件项目中证明了自己，而这些口碑也开始传到了苹果公司研发人员耳中。苹果公司1986年（乔布斯被离职后，详见《【读书】乔布斯的“心学”：大道至简，直觉开路》）成了了ATG（Advanced Technology Group），主要聚焦尖端技术应用的研发。ATG内部两名工程师Pittard和Gavarini在内部做了个Mobius项目，即基于ARM2、6502、摩托罗拉的68000等不同芯片运行苹果所有程序，结果发现ARM2表现超越其他两款芯片。Mobius项目有一定的技术收获，然而，MOS和摩托罗拉当时都是苹果重要合作伙伴，这个项目后来就不了了之了。Newton项目最终采用了ARM芯片。1980年代后期，Sculley掌舵时代的苹果面对业界“No Vision”的指责，针对性推出Knowledge Navigator的项目，其意抓住信息高速公路（Information Superhighway，可以粗略理解为互联网的前身）的大机遇，Sculley在一次Keynote中提出大愿景——于是，苹果很快从一家只有产品没有愿景的公司，跻身为只有愿景没有产品的公司。开个玩笑，承载这个愿景的产品被命名为Newton，其定位（如下图）为信封大小，搭载触摸屏、硬盘和红外接受装置，售价在6000-8000美元的平板电脑（当时叫掌上电脑PDA，太先进了）。然而，Newton最开始找错了处理器合作伙伴，他们选择了ATT的Hobbit。很快，苹果就发现后者定价太高，且拥有诸多Bug。1990年苹果内部高管更换，使得Newton项目负责人基本全换，他们准备寻找一款新的合适的处理器。Connecting the dots，ARM正式成立。实际上，ARM与PDA的结缘从1977年Acorn还没成立就开始了——Acorn创始人 Hauser，后来成为Olivetti研发实验室负责人是一位记性不好的学者，他经常幻想自己有一台能够放进口袋的电子记事簿。此后他甚至自己创业，成立Active Book打造对应产品。1989年，他购买了ARM芯片的技术，并且聚焦能耗优化，推动ARM2aS推出，其具备了静态设计，能够在不用时关闭时钟，从而做到节能，经过6年优化，这项技术成为ARM中核心的基建，当然，当时还没有派上大用处，等到Newton项目开始找到了ARM芯片。Saxby成为ARM掌舵人，奠定核心业务模式。当时Acorn几位创始人Wilson、Furber觉得自己更多对学术研究感兴趣，对商业经营兴趣一般。当苹果公司前来寻求合作的时候，他们开始产生退意（后来都去大学当了教授），当时Acorn创始人想基于ARM技术退出，而苹果需要处理器，VLSI（ARM的代工厂）对于ARM芯片前景看好。于是1990年，三方成立了合资公司，苹果投资150万欧元，获得了主要股权和董事会席位；VLSI投资25万欧元和提供开发工具和代工支持；Acorn贡献了ARM的IP（价值150万欧元）和开发团队，新公司名称为Advanced RISC Machines（简称ARM）。当然，新公司还需要一位掌舵人，他们找到了Robin Saxby，前者主要职业经历是摩托罗拉，并且参与了68000等芯片开发，并且掌管Embedded部门的芯片销售工作。此外Saxby还拥有创业企业经历，其后来在一家欧洲的半导体企业就业。Saxby和Acorn创始人Hauser也是多年好友，Saxby在摩托罗拉时候曾经提议公司设计和运营分开，这个建议没有被公司采纳。实际上，Saxby真正奠定了ARM的IP授权的业务模式，Saxby基本放弃之前ARM在商用计算机的尝试，制定了ARM成为全球embedded（当时应该指PC等计算机以外的智能设备）系统芯片标准的目标。为Newton定制芯片。有了苹果作为客户对ARM来说是重要转折点，即使Newton产品最后失败，对ARM来说也是不小的销量数字，更不用说可能就是其跨越鸿沟的口碑传播的起点。ARM开始为苹果定制一款新的PDA的应用芯片，ARM610，这是一款全新设计的产品，其拥有36万个晶体管，主频是20MHz，使用1微米的制程，其拥有一个新的内存管理单元、以及一个新的寄存器。1991年10月，ARM610进入Newton项目组进行测试。Newton最开始尺寸有“大中小”三种方案，小尺寸最大的问题就是电路迷你化，要在狭小空间布局众多电子设备，苹果找到了夏普，最终其选择最小的，能够放进口袋的尺寸。1992年，Sculley在CES上发布了Newton第一代，并且声称PDA市场未来市场空间达到3万亿美元。1993年8月，成型的产品发布（如下图），售价699美元，7个月后搭载新操作系统的产品售价调低到499美元。Newton系列并不成功。1994年，苹果的Newton系列销量是6万台，每台机器里面都搭载了价值20美元的ARM芯片，其致命问题是手写输入的问题，对于长单词比较顺畅，但是对于or和is这样的单词却经常读写错误这个销量位列行业第三，当时最大的竞争对手HP 95LX，其搭载Lotus操作系统，芯片是NEC V20，销量达到10万台。实际上，也不能说Newton的表现不及预期，因为当时公司就是预测这款产品最开始接受的用户可能是技术极客、行业垂直商业用户比如医疗、保险等。当时用户调研还发现通话功能是当时用户普遍的需求，但是考虑到成本太高，苹果很快就放弃了增加通话功能，苹果显然与当时移动通讯市场从模拟转向数字的浪潮中绝缘。最后，说句题外话，PDA市场如果说最后有赢家，那就是Palm，这是一款定位为PC的辅助设备（而不是替代），具备日历、通讯录、备忘录等功能，而且大小只有Newton的三分之一，售价是300美元，而且其开发建议输入法graffiti，2001年Palm销量达到2100万，占据了掌上电脑70%市场份额。三、移动通讯市场：ARM最佳归宿新市场靠发现、而不是靠规划。很显然，对于PC和商用计算机市场，前者Intel一统天下，后者群雄逐鹿状态，ARM当时都机会渺茫。Saxby定位Embedding设备，实际上是排除法，却没办法准确说ARM适合进军哪个特定赛道。然而，这样的赛道往往并不是规划出来的，而是尝试着来的。PDA的尝试不算成功，但也小有成就，帮助ARM在行业开始赢得口碑。然而更重要的趋势却不是PDA，而是移动通讯，首先让我们简单回顾了移动通讯的发展简史。从0G到1G，移动通讯市场模拟时代。实际上，最早发明移动通讯设备的是ATT和摩托罗拉，就是我们经常在抗战剧中看到的士兵背着的可以移动通讯的设备，其原理和当时广播无线电类似，二战后从军用转为商用，主要针对一些公共基础设施、运输卡车、记者等专用场景。其在每个城市树立一个大的发射装置，辅助一些小的设备，其最大的问题是通话效率低，以纽约为例同一时间仅允许12个用户通话，用户经常需要等30分钟才能通上话，这就是移动通讯的0G时代，当时在美国大概有4万用户，在此后40年里0G通讯开始在全球各地普及。之后是1G时代，其发展驱动力是计算机和RF射频技术普及，此外最大变化就是美国FCC专门针对移动通讯放宽了频谱，相对于0G时代很窄的频率使用范围，1974年FCC开放了40MHz专门用于移动通讯，和广播无线电分开，这些发展奠定了移动通讯设备商、网络基础设备、运营商三大产业链环节，这就是1G网络，其仍然是模拟通讯，但相比于0G用户拨打电话是自动接通的，不用等待。且随着通讯网络密度增加，通话质量和网络容量也明显增加，越来越多的企业用户意识到移动通讯带来的价值。然而，1G时代仍然有诸多遗留问题，比如通话是不加密的，只要你有设备调到相应频率就能接收到（想想那些谍战剧）；此外，国际漫游仍然不可能，因为不同地区运营商采用不一样的设备；随着使用设备增加，频道变得拥挤，互相之间干扰增加；接受模拟声音需要很大功率，因此设备通话时间普遍小于1小时，且这种辐射危险越来越成为隐患。2G开始发展，移动通讯数字化。基于1G的诸多问题，更是基于对美国垄断地位的挑战，欧洲在1980年代初率先推动移动通讯数字化转变，也即2G GSM时代来临——TDMA网络，其将一个频道拆分为多个时点，而多个通讯用户使用不同时点，所以通话不冲突。此外，这些传递信号从模拟信号转变为数字信号，且不通话时候不需要传递信号。2G时代相比1G时代有6个优点：1. 更高效频谱使用；2. 通讯设备有更大开发潜力；3. 数据传输潜力更大；4. 手机成本更低；5. 基础设施成本更低；6. 通话质量更好。最后，2G时代除了通话，还引入了短信功能，允许用户通过类似数字传输模式发送文字信息。1987年，欧洲13个国家的15个运营商在哥本哈根签署协议，正式推进基于TDMA的GSM 2G数字移动通讯标准。TI成为2G时代ARM重要的客户。和欧洲GSM标准一起兴起的芯片公司首先是德州仪器，我们曾经在《【读书】德州仪器（TI）发展史：专用技术，专有场景》提到过，TI搞定了爱立信、摩托罗拉、诺基亚等几大2G时代移动通讯巨头，其DSP处理芯片成为行业标准，随着智能机时代到来，TI又准备集成应用处理芯片，1992年TI开始和ARM谈论授权的事项，而这次合作内部产生比较大的阻力——当时TI的EVP Rhines的问题也很有道理，既然TI有自己设计制造芯片的能力，为什么不自己做应用芯片呢？ARM的解法是直接Pitch 诺基亚，其专门基于ARM7开发了Thumb 指令集，其是16位指令集（常用指令集是32位），用来实现通用功能。使用Thumb指令集，其代码可以压缩65%，同时是基于16位内存代码效率的160%。Thumb指令集最终获得了诺基亚的信任，TI最终同意采购ARM芯片，并且集成自己的DSP芯片。此后，诺基亚的崛起，与TI系列芯片（包括后来智能机时代的OMAP）都和ARM内核的CPU分不开。客户接踵而来，收入初见规模。ARM的第三个客户是夏普，后者正是从苹果Newton产品使用ARM中产生了兴趣，而夏普的大客户任天堂的兴趣也是背后驱动力。当时主机游戏通用解决方案3DO也是基于ARM的芯片设计，其意在打破任天堂和Sega的垄断，但最终没有成功（具体可见《【读书】美国主机游戏30年：内容和生态定座次》）。此后是三星（第六个客户），其重金投入购买了ARM的版权（关于三星后续还会详细说），1995年NEC成为ARM的第十个客户。一系列新的客户授权，也使得ARM开始产生了稳定的收入，将敌人转化为朋友——ARM基于IP授权、定制化产品的商业模式也最终定型，最大化通用部分，将定制化部分拆分开，也使得这一套模式更加稳固（兼容了通用的网络效应，而定制化的高效）。此后，随着Fabless模式兴起，ARM的授权更加精细化，分为特定内核的授权，或者指令集标准的授权，ARM从一家芯片设计公司更像一家咨询公司了。手机市场迎来新玩家。1995年，ARM推出了ARMv4指令集。同年推出了ARM8，主频72MHz，0.5微米制程。手机市场也迎来了新玩家，Hitachi和NEC宣布搭载微软推出的Windows CE操作系统，此后LG，飞利浦，Casio等厂商都宣布会推出支持其OS的设备。1997年，ARM和Sunday Microsystem在JavaOS上达成合作，基于网络就是计算机的理念，JavaOS当时开始流行，而ARM架构芯片则成为这类设备内核。1998年，爱立信、摩托罗拉和诺基亚宣布成立合资项目塞班，其后来成为半智能机时代行业标准。当然，这里面最大的赢家还是诺基亚，1997年Nokia 6110推出，其第一年销量就达到300万台，推动诺基亚成为1998年全球手机销量第一。与此同时，曾经的移动通讯领先者摩托罗拉却还在死守模拟通讯，公司高管觉得4300万模拟手机用户不会犯错，他们还借鉴ARM开发了M-Core芯片。而等美国意识到2G时代不可避免之后，他们拥抱了CDMA技术，后者专利属于高通，摩托罗拉也不在里面。ARM趋势已成，IPO上市。1997年，ARM的营收为2660万欧元，同比增长59%，利润是500万欧元，同比增长35%，员工数量274。ARM架构授权当年芯片出货量是980万，位列行业第三，第一第二分别是MIPS和Hitachi SH。1998年4月，ARM在伦交所和纳斯达克两地IPO，发行了1173万股股份，募资3640万欧元。当时苹果持股比例达到42.3%（上市前），为了挽救当时其艰难的财务困局，其迅速出售了持股的18.9%，卖了2400万欧元，10月又卖了3200万欧元，总持股比例降到19.7%。ARM另外一位股东VLSI也出售部分股份（VLSI后来被飞利浦收购了）。1998年，ARM架构芯片销量达到5100万（同比5倍）：高通也在这年成为ARM的客户，他们在开发MWM3000芯片（集成了基带和芯片）。ARM7TDMI芯片也被爱立信用在集成蓝牙功能芯片上，显示了其灵活性（使用多个场景）这么迅猛的增速使得ARM股价涨到了天上（当时也是dotcom期间）。1999年，ARM架构芯片出货量1.8亿（同比3倍），前景仍然广阔，因为37个授权方只有19个已经出货，其他还在研发当中。Saxby估计有50%左右的芯片用在手机上，ARM锁定了Embedded RISC行业领军者的地位。智能机趋势兴起。1999年，ARM9E推出，其采用ARMv5TE指令集，具有基础的DSP功能，基于0.25微米制程。ARM也开始采用收购增强自身能力，包括110万欧元收购25个经验的软件工程师，收购邻居Micrologic Solutions，这些都是增强自身软件能力，基于行业对算法优化的需求。2000年，ARMv5TEJ增加对Java的优化，其相比于ARM9在支持Java性能上提升了9倍。ARMv6增加了对于多媒体消费的支持，性能提升了75%，此外还增加诸多向CISC借鉴的功能（互相学习）。2000年，Intel也成为了ARM的客户，其基于ARM架构推出XScale Core，主要竞争对手是TI OMAP（也是ARM的内核，Intel这个系列不成功，主要受到销售的阻力，同时销售PC和移动两套设备实在太难。2006年XScale系列以6亿美元卖给了Marvell）。此外国内的中兴也在2000年成为ARM的客户。进入2000年，手机智能化的趋势明显，2001年诺基亚9210搭载了ARM9架构内核处理器（TI OMAP）和塞班6.0系统，其支持用户自主下载应用程序。索尼和爱立信合并成立了索爱，继续进军手机市场。2000年ARM出货量4.2亿，同比又超过翻倍，越来越成为行业基建。最后，2001年Saxby担任11年CEO后宣布退休（功成身退），接班的是Warren East（1994年加入公司）。不管行业如何变，ARM稳坐钓鱼台。2001年ARM出货量为4.2亿，同比微增（dotcom泡沫破裂，肯定有影响）。手机行业继续风起云涌，RIM推出的黑莓手机，搭载ARM7EJ内核，基于Java平台开发了OS，具备全键盘，2002年发布，能够实现通话、邮件、日历等功能，深受商务人士喜爱。此外，拍照功能越来越成为行业标配，Nokia 6600就搭载640*480像素相机。摩托罗拉仍然选择和微软捆绑，但是其手机也开始搭载TI OMAP系列芯片（实际上也包含ARM内核）。而2003年，Andy rubin成立公司开始研发安卓，其最开始研发研发一款基于地理位置进行个性化定制的设备，后来发现市场太小，于是转头开发智能手机OS，2005年被Google收购。此外，2004年Mobileye也成为了ARM客户，其核心产品是ADAS（辅助驾驶系统），此外华为也成为ARM的客户。2004年，ARM交货量是13亿，公司还以9.1亿欧元估值收购了Artisan Components，极大提升了公司SoC能力（以后卖更多东西了，提高ARPU），员工数上升至1171人。ARM当时产品也被分为三个系列，其中Cortex-A系列定位是应用处理器，Cortex-R系列定位实时的embedded系统，Cortex-M则定位单片机。2006年，ARM Cortex A8获得了行业称赞，当年公司出货量达到24.5亿。四、苹果、三星、高通——ARM生态三大主要贡献者ARM这种生态打法，早期靠的是技术（能耗低，性能高），初期靠的是产品（赢得了Newton亲睐），而爆发期则靠的是生态（标准，兼容性，定制方案等）。而生态的构建就不仅仅是ARM一家公司的事情了，其实际上是生态各个参与方共同构建的——而苹果、三星、高通就是ARM生态中三个最重要的推动者。苹果：iPod到iPhone，从采购到自制。1997年，乔布斯正式回归苹果，准备力挽狂澜，他上任三把火是：1. 和微软和解，并获取后者1.5亿美元投资；2. 聚焦少数产品，砍掉多余产品线（包括牛顿），聚焦四款产品（专业/业余，台式/笔记本）；3. 强调工业设计，包括挽留了Jone Ive。此后，iPod一炮而红，而其中采用PP5002芯片采用的就是ARM内核，其支持AAC这种高质量的数字音频格式。此后就是iPhone，在移动通讯领域，苹果是新兵，他们首先和摩托罗拉合作开发一款支持iTunes的音乐手机，结果乔布斯觉得产品太差劲。后来和运营商Cingular（后来被ATT收购）谈合作，后者答应了每台新机给苹果10美元返利，且iTunes购买版权费归苹果等协议，苹果又开发了iOS（因为当时Mac OS对手机来说太大了，10倍差距，如今这俩系统正在融合），初代iPhone用的是三星的芯片（S5L8900），其基于ARM1176JZF内核，主频为412MHz。2007年的手机市场总销量是11亿部，诺基亚市占率37.8%，摩托罗拉14.3%，三星13.4%，此后是索爱和LG。2008年，苹果以2.8亿美元价格收购一家PA Semi的芯片设计公司，后者当时主要基于IBM的Power架构设计芯片，此后，苹果就开启了自研芯片的进程，2008年苹果和ARM签订一项持续多年，横跨多款产品，且赋予苹果深度定制架构的合约。2010年，苹果推出了A4芯片，由三星代工，基于45nm工艺，主频为1GHz，其搭载在传奇产品iPhone4上。2013年，苹果的A7领先行业采用64位架构，A8芯片开始和台积电合作，采用20nm工艺。此后，苹果CPU性能上开始引领行业。2014年，全球手机销量达到19亿部，三星市场份额达到20.9%，苹果9.9%，联想（收购摩托罗拉）4.5%，其他品牌都成为了其他。（关于苹果的详细故事，可以详见《【读书】乔布斯的“心学”：大道至简，直觉开路》）。三星：纵向一体化模式的胜利。三星成立于1938年，其最早的主业包括糖、纺织、建筑、保险等。三星不是韩国最早进入电子领域的公司，当时有一家Goldstar（LG的前身）1958年就成立，其产品包括收音机、黑白电视等。1960年代，美国众多科技公司开始在韩国投资建厂，这里面包括Fairchild、摩托罗拉等。1969年，韩国政府推出电子支持法案，对相关公司提供激励，以鼓励国家从农业转型。三星就是这这种时代背景下考虑进入电子行业，1968年，其和日本Sanyo电子成立合资公司，此后又和NEC合资，核心是向日本学习相关技术。1970年，三星电子开始生产真空管支持的12英寸黑白电视（落后产品），1973年开始生产19英寸晶体管电视。三星进军电子行业的战略是垂直一体化，即从制造加工开始学习，然后直接做到消费产品，因此诸多三星的客户，也是三星的竞争对手。而从制造开始也注定三星相对重资产的投资模式，其创始人Lee氏家族深谙先播种，后收获的商业基本道理。1977年，三星收购一家由在摩托罗拉工作过韩国工程师创立的半导体公司，成为三星半导体的前身。此后三星进入DRAM内存市场，1983年购买了Micro公司的版权，生产64K DRAM，此后三星不断拓展内存市场布局，并于1993年成为了全球最大的内存生产商（美国打击日本，韩国受益）。此外，1983年，三星发布了一款PC产品，SPC-1000，小试牛刀。三星布局手机市场——从“山寨”到行业领先。1984年韩国推动了自己的0G移动通网络，年底订户数达到2658户。而三星在手机领域的探索是从山寨开始的，其reverse engineering东芝的Car Phone开始的。1988年三星SH100手机出来后公司送了2000台给VIP客户，结果手机出现质量问题，尴尬。1990年代，三星手机业务掀起了提升质量的改革，在给李氏老板汇报新机器SH700时，后者先把手机往地上一扔，拿起来后发现正常使用，才放行产品，惊出开发团队一身冷汗（还记得诺基亚砸核桃的典故吗）。SH700于1994年月销量达到1.6万部，很快三星就成为韩国国内手机第一。此外，韩国也在1990时代进入2G数字通讯时代，韩国拥抱了美国高通的CDMA标准，当时支持CDMA的手机不多，三星1997年在CDMA手机市场份额达到55%。1994年，三星成为ARM客户，当时采买ARM芯片主要用于DVD产品。此后，三星手机产品基本采用ARM芯片。2002年三星和ARM公司进一步加深合作关系，三星采购了“all-you-can eat”全家桶套餐，其赋予了三星使用ARM现有以及未来开发所有IP的永久使用权。进入智能机时代，三星产品策略有点像“鸟枪法”，拥有多条产品线，且拥抱多种操作系统，包括Windows，PalmOs，以及公司开发Tizen等，而三星持续从Fab制造端重金投资也确实加速了公司学习，其中最重要的学习对象毫无疑问是苹果，2007年iPhone开始爆发后，三星不仅直接受益于代工收入增加，而且其旗舰产品开始孕育。2010年，Galaxy S系列推出，其采用三星自研Exynos 3110芯片（和苹果A4很像）。2014年，Galaxy S4成为爆品，第一个月就销售1000万台，成为三星有史以来最畅销的手机。而2015年高通骁龙810系列芯片发热问题，而三星Galaxy S6采用自家Exynos 7420芯片完美避过。关于三星的详细故事，我们以后还会单独细说。高通：Viterbi算法，以及CDMA技术。高通创始人之一Viterbi（博主就是USC Viterbi学院毕业的，respect）是MIT毕业生，之后进入美国NASA下面的JPL工作，1966年Viterbi发明一种从噪音中提取有效信号的方法（理论），并且于1967年发表。高通另外一位创始人Jacobs当时在MIT任教，他的学生Jerry Heller通过实验测试了Viterbi的算法。而Jacbos和Heller开始商量基于这个实践案例成立公司，将技术商业化，Linkabit于1968年成立。1971年，Linkabit发布一款基于Viterbi算法的解码器，其最终应用到卫星信号解析场景中，这项技术最终被美国军方看中。Linkabit年营收增速达到60%，1980年公司被MA COM收购，此后公司研发一款VSAT小型卫星通讯体系，其成为HBO等有线电视网兴起的基础设施（传统电视网通过电线杆发射信号，每年成本高达2500万美元。而租个卫星，几万美金就搞定了，于是1980年代美国有线电视网开始井喷，具体可以看《【读书】美国有线电视50年：产业重构背景下，新旧巨头的崛起&救赎》）。然而，一些意外的高管变动使得Jocobs想把公司从MA COM中剥离开，但没有获得股东同意。1985年，Jacobs宣布辞职，此后Viterbi也辞职。1985年，Jacobs和Viteri带领下，高通正式成立（Qualcomm，字面意思是高质量通话，quality communication），高通首要科技发明就是研发了CDMA，相比于TDMA分时，CDMA采用分频技术，打个比方，TDMA是一群人在房间说话，但每个人说话瞬间都不同，所以不干扰；而CDMA则是每个人都说的不同语言，所以也不干扰。CDMA另外一项优点是安全，因为信号都被调制为不同频率，外部没有解析代码的设备接受到信号跟噪音差不多。最后CDMA相比TDMA单基站能承载通话密度更高，因为TDMA基于固定通道进行分时，因此单基站允许的通话密度有限，而CDMA则采用分频操作，覆盖同样面积，需要基站投资更小。然而，正如前文所说，通讯标准这种东西和CPU类似，关键是谁能建立生态，不是完全看产品好坏、技术高低。掌控CDMA完整专利，技术开始普及。最早，高通的技术在一个卡车卫星通话系统中得到了良好的应用，此后有人推荐高通进入移动通讯领域，此前高通技术被军方用于通讯，这和民用通讯相似度很高，唯一差别就是移动通讯基站密度高，需要相关射频技术抵抗基站信号互相干扰。2G时代，美国最早采用的2G标准同样是基于TDMA改进版D-AMPS，而没有选CDMA，也正是因为无人问津，高通得以全面注册了CDMA在移动通讯完整专利。1989年，一家洛杉矶小的运营商遇到基站不足问题，他们发现CDMA技术频谱利用效率是TDMA的20倍，于是找高通合作，高通还专门自制一款CDMA手机来满足其需求。这时候，高通开始着手解决CDMA在移动通讯中三大问题，首先是信号远近问题，高通通过动态调整，即离基站近的低功率，离得远的高功率，这样到达基站的信噪比就差不多。第二个是掉线问题，TDMA系统用户在跨基站通讯时候偶尔会掉线，而CDMA提前建立和下一个基站连接；第三个是动态解码，用户不说话时候就不会发送信号，从而提高线路使用效率，而TDMA没有这个功能。CDMA逐步普及过程中，由于高通几乎垄断了相关专利，很多公司不愿意和高通合作，摩托罗拉和爱立信这种巨头主要支持TDMA，也分散布局了一下CDMA，且表示了对高通专利垄断担忧和质疑（1999年美国专利局确认了高通专利权）。只有韩国以及三星一头扎进高通怀抱，也享受但是，由于CDMA的优秀性能，其渗透率稳步提升，1991年高通宣布IPO，募资6800万美元。此后，ATT，诺基亚，摩托罗拉等都成为了高通的客户。1993年，CDMA正式和D-AMPS和GSM一起成为美国三个2G移动通讯标准选择。高通核心产品基带+应用芯片。1993年，高通发布了CD7000手机（2000年，高通放弃了自己的手机业务，聚焦专利授权。目的是不和手机厂商直接竞争，当时高通授权费差不多是手机设备3%），其搭载MSM基带芯片，能够支持CDMA/AMPS两种2G标准通话。而在CD7000里面，同样也有一颗Intel的80C186应用芯片，高通最开始想集成Intel芯片，被后者拒绝，后来发现Intel芯片集成高通的MSM更简单，于是两家达成合作，1995年高通发布了MSM2和MSM2.2，在Intel的Fab生产，1997年6月销量达到600万颗。此后，高通开始自己研发CPU芯片，1998年其成为ARM授权客户，当年发布的MSM3000集成了ARM7TDMI内核，MSM6500则集成了当时所有通信标准，推出全网通的手机。2007年，高通推出了Snapdragon（骁龙系列），此后高通从AMD收购了ATI的移动GPU部门，进一步将GPU集成到了芯片上（SoC趋势），拥有通信基带芯片“流量入口”挟持，高通捆绑CPU、GPU等芯片策略获得成功，2008年后骁龙芯片开始成为安卓生态的标准，HTC、三星、摩托罗拉等都开始搭载骁龙芯片。2013年，骁龙芯片分成三个系列，其中800是旗舰、600是中端、400则是低端。只要未来移动设备还需要CDMA通讯功能，高通就是绕不开的巨头（比如车机），关于高通的故事，我们未来还会更详细来说。五、展望未来：有生于无变化中的不变——ARM。手机行业持续变化，Intel的Atom系列误解了“节能”的含义，且不整合基带，为了吸引厂商使用，Intel又使用老招数——返利，却带来了30亿美元亏损，却没见成效，最终惨败。微软的手机战略宣告失败后，靠Surface系列平板保留一定尊严，其本质还是Windows生态的延升（平板介于手机和PC之间），还是在自己最擅长领域获得了突破。摩托罗拉、爱立信、诺基亚等当年的统治玩家一个个都英雄暮年，显示了消费电子赛道的多变。而ARM则成为变化中的不变，传统的芯片公司是供给驱动思维，认为我生产的就是你需要的，而ARM更像为客户提供各种模块化工具，客户可以根据自己喜好定制化产品，且反而加深了整个行业的协作和共同繁荣。ARM仍然保持持续创新，提升产品的性能，增强产品安全性（ARMv8），满足更多客户的需求。进入2015年后，智能手机行业创新速度也开始减缓，而针对可穿戴设备、智能家居、机器人等新型趋势（智能化一切），ARM也提出自身的解决方案（Cortex-M7）。2013年，ARM的营收达到13亿美元，员工数量达到3300名。有生于无。与众多商业巨头尝试不断做闭环，做大自己的蛋糕的方式。ARM走出一条更具有中国哲学道路，尽可能让自己存在感降低，从一家芯片公司，PC公司退一步，变成芯片IP设计公司，或者芯片模块化工具提供商，把自己“无”掉，反而拥有了整个生态（当然，从微观来看，这些年来，ARM也不断在系统集成上下功夫，比如集成Mali GPU，以增加自己的Take rate，这就是事物的两面性）。实际上，对于任何ARM的客户，他们很难，也没有必要换掉ARM，这使得ARM被颠覆的可能性非常低，而ARM不断提升的收入和出货量也印证了这一点。2016年，软银集团以243亿欧元收购了ARM，2020年英伟达曾经想400亿美元收购ARM，但该交易最终被监管否决（其实ARM如果被某个巨头掌控，实际上可能毁了它，复归于无），预计2023年ARM将重新独立上市。本文来自微信公众号：XYY的读书笔记（ID：xiaoyanyan00002），作者：肖俨衍","kind":"highlight","is_publish_news":true,"is_publish_highlight":false,"is_publish_live":false,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"column":"","sentiment":"0","news_tag":"","news_rank":0,"symbols":[],"gpt_button":1},"commentList":[],"isCommentEnd":true,"newsSizeData":{"likeSize":0,"commentSize":0,"repostSize":0,"favoriteSize":2,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false},"APP":{"userAgent":"Mozilla/5.0 AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko; compatible; ClaudeBot/1.0; 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