Компания ARM – законодатель мод на рынке мобильных чипсетов

Британская fabless компания ARM в настоящее время пока еще принадлежащая японскому холдингу SoftBank, известна тем, что практически все современные смартфоны используют системы-на-кристалле, ядра CPU для которых разработаны именно ею. Основным источником дохода служит лицензирование своих разработок. Кроме мобильных устройств, процессоры на базе ARM архитектуры активно используют в серверных решениях и суперкомпьютерах.

История

Несмотря на то, что собственно ARM была основана в 1990 году, на деле все началось куда раньше. Крис Карри, один из коллег Клайва Синклера, создателя легендарного ZX Spectrum, совместно с инвестором и предпринимателем Германом Хаузером основывают компанию Acorn Computers.

Вначале она создавала микропроцессорные комплекты для игровых автоматов, затем адаптировала их под нужды производителей домашних компьютеров. Чипами Acorn пользовались такие «киты» рынка тех времен, как Apple, Atari и Comodore.

Впоследствии компания и сама разработала несколько подобных систем, в том числе Acorn Atom и созданный по заказу телерадиовещательной компании BBC проект под названием BBC Micro. Здесь интересы Карри пересеклись с честолюбием Синклера, проигравшего тендер, настолько, что тот даже опустился до рукоприкладства.


В середине восьмидесятых разразился кризис рынка домашних компьютеров, и основателям пришлось продать большую часть своей компании итальянской Olivetti. Однако работы они не прекращали: в 1985 году было принято решение о создании собственного шестнадцатиразрядного процессора на основе так называемой RISC архитектуры. Эту точку можно считать важнейшим этапом в становлении будущей ARM.

Дело в том, что в то время как раз восходила звезда знаменитого семейства x86, созданного Intel. IBM PC, созданный на его основе, вломился на рынок, как бешеный носорог, сметая на обочину всех тех, кто не успел вовремя ухватить тренд. И вот он-то как раз был создан на основе совершенно иной, CISC архитектуры.

В чем же различие? В структуре системы команд. CISC предусматривала варианты на все случаи жизни: например, вместо того, чтобы использовать обыкновенное умножение, процессоры на ее основе использовали один единственный такт. Тогда как RISC использовала минимальный набор, что на первый взгляд кажется просто глупостью.


Однако в подобных вопросах все решает не «взгляд», а симуляция. При равной производительности RISC процессоры содержали чуть ли не вдвое меньше транзисторов, и, вдобавок, куда меньше потребляли энергии. Однако на рынке персональных компьютеров им ничего не светило: модульная конструкция IBM PC «вынесла» всех конкурентов, в том числе и самого Синклера, к тому же сделавшего ошибочную ставку на использование микродрайвов вместо дисководов. Процессоры помимо x86 не имели шансов на существование.

Первый процессор на основе RISC архитектуры под названием Acorn RISC Machine (вот тогда-то и засветилась впервые аббревиатура ARM) в качестве самостоятельной платформы в компьютерах не использовался. Это было сделано с его дальнейшим развитием – 32-разрядный ARM 2, на котором был собран довольно-таки недешевый ПК Archimedes.

Надо сказать, что на первый взгляд этот процессор проигрывал знаменитой «тройке», Intel 80368, пусть и не так чтобы очень – всего на 20% производительности. Вот только интеловский чип при этом работал на вдвое большей тактовой частоте!


Archimedes не стал провалом, но и прорывом тоже – нишевое решение, которым пользовались телестудии и издательства. В итоге Olivetti отказалась от планов развития собственной процессорной платформы. Однако Хаузер верил в счастливую звезду RISC и сумел добиться выделения процессорного направления в отдельное подразделение.

В результате в 1990 году при поддержке Apple и производителя интегральных схем VLSI Technologies оно превратилось в компанию ARM. Для «Большого Яблока» этот ход был важен в связи с разработкой наладонного компьютера Newton. Однако этот проект провалился из-за чересчур высокой цены, обусловленной множеством ненужных КПК функций, и явной недоработанности модели. Тем не менее, первый процессор новой компании, ARM610, основанный на ядре ARM6, состоялся. Он стал основой для очередного поколения компьютеров Archimedes, которые продолжала выпускать Acorn, и лэптопа Apple eMate, который можно было назвать прообразом современных нетбуков.

Уже в это время компания начала лицензировать свои разработки. Первой была британская GEC-Plessey Semiconductor, затем, в 1993 году - Texas Instruments, один из крупнейших игроков рынка микроэлектроники. Да и Newton, пусть в итоге и провалился, серьезно привлек внимание к ARM, хотя бы потому, что его лицензировала у Apple японская Sharp.


Далее были лицензии Samsung и DEC, совместно с которой производились процессоры StrongARM на базе архитектуры ARM v4. С этим проектом был связан курьез: в конечном итоге он оказался у… Intel! Мало того – лидер рынка чипов для десктопов впоследствии заменил их на еще одну разработку ARM – Xscale. Впрочем, в итоге от RISC процессоров он отказался, продав подразделение Marvell, занимавшейся производством памяти, микроконтроллеров и коммуникационных микросхем.

И в конечном итоге на 1997 год капитализация компании превысила 26 миллионов долларов. Годом позже компания вышла на рынок NASDAQ и Лондонскую Биржу, а заодно сменила название на ARM Holdings plc. Список партнеров, приобретавших лицензии на разработки, все расширялся, в него вошли STMicroelectronics, Fujitsu и LSI Logic.

А в 1999 году был создан процессор под названием ARM9E, ставший настоящим хитом: его использовали такие монстры рынка, как Samsung, Texas Instruments, Broadcom, Toshiba, NEC, и еще несколько корпораций. Впечатляющая прибыль дала возможности ARM заняться расширением: было поглощено несколько более мелких компаний, обладавших важными разработками.

Именно в 2000 году была представлена бизнес-модель под названием ARM Foundry Program, послужившая залогом успеха компании. В ее рамках fables компании, занимающиеся разработкой процессоров, получали возможность производить свои чипы, использующие лицензированные ARM разработки на ФАБах сертифицированных OEM-производителей.

Благодаря этому существенно упрощался и соответственно ускорялся процесс выхода новых продуктов на рынок, в отличие от старой схем, требовавшей единой лицензии на разработку и производство. Именно тогда начался путь к успеху тайваньской TSMC, которая сегодня занимает более 50% рынка производства микросхем и выпускает чипы для MediaTek, Qualcomm, HiSilicon, Apple, NVIDIA и российской Baikal Electronics. Тогда же соответствующие соглашения были заключены с еще одной тайваньской компанией UMC, ныне контролирующей 8,5% рынка производства микросхем и являющейся на нем третьей, вслед за американской GlobalFoundries.

Одновременно состоялись «похороны» Acorn: к этому времени компанию раздерибанили на подразделения, распроданные желающим по сходной цене, и, наконец, в 2000 году окончательно упразднили.


Наконец, в 2011 году была представлена архитектура ARMv6, изначально «заточенная» под медиа-приложения, производительность которых возросла восьмикратно. На базе этого набора команд, сохранившего совместимость с предыдущими поколениями, было разработано семейство процессоров ARM11. Именно оно дало старт активному внедрению разработок компании в смартфоны.

На его основе были впоследствии созданы Samsung S3C6400 (iPhone 2G) и Samsung 1176JZ (iPhone 3G), Qualcomm MSM7201A (HTC Touch Diamond) и MSM7227 (LG Optimus One) и множество других SoC, использовавшихся ведущими производителями мобильных устройств. Немаловажным было то, что создавался новый процессор в сотрудничестве с разработчиками популярных в то время мобильных операционных систем, что позволило адаптировать его под их нужды. С этого момента не-ARM чипы в телефонах и смартфонах постепенно сходят на нет.

В конце 2003 года было анонсировано первое ядро из основного на сегодняшний день семейства Cortex. Оно имело всего тридцать с небольшим тысяч транзисторов, крайне низкое энергопотребление и впечатляло своей дешевизной. Например, STMicroelectronics предлагала микроконтроллеры на основе этого ядра за жалкие $0,99! Основным применением этих систем стала потребительская электроника. Впрочем, ARM не забывала и о других отраслях: автомобилестроении, серверах и, конечно, мобильных устройствах, для которых основой стало семейство Cortex-A. «A» в названии означало «Applications processors» - процессоры для приложений широкого применения.


Анонсированное в 2005 году ядро Cortex-A8 снискало лавры лучшего продукта года по версии Microprocessor Report, а саму ARM издание Electronic Business включило в десятку наиболее значимых компаний отрасли за три последних десятилетия. Именно оно было использован Apple, которой ARM лицензировала право разрабатывать собственные процессоры на основе ее решений, при создании первой собственной SoC Apple A4. Что интересно, выпускала его на своих ФАБах не TSMC, а Samsung.

Годом позже была создана еще одна ветвь семейства, предназначенная для систем реального времени – Cortex-R, использовавшаяся в винчестерах, печатающих устройствах и автокомпьютерах. Одновременно продолжалось развитие линейки микроконтроллеров.

Наступала эпоха многоядерности, и на рынок был выпущен еще один хит – Cortex-A9, сразу в двух вариантах: одно- и двухъядерном. Какое-то время считалось, что в Apple A4 использовали именно это ядро, однако впоследствии эти предположения были опровергнуты исследованиями. В это же время компания подвизалась и на поприще разработки графических систем. Были представлены два ядра, способных работать с 3D: флагманское Mali 200 и боюджетное Mali 55. Наряду с PowerVR и Adreno этот бренд по сей день остается одним из трех «китов», на которых держатся мобильные игры.


Еще через год, в 2008-м, было торжественно объявлено о производстве десятимиллиардного процессора, разработанного на основе решений ARM. А два года спустя в число лицензиатов вошел софтверный гигант Microsoft. Это событие наделало немало шума: многие предполагали, что корпорация попытается выйти на рынок процессоров, однако этого так и не случилось. Все свелось к оптимизации мобильных операционных систем под ARM-архитектуру, что, впрочем, их не спасло.

В 2014 году 32-разрядная ARMv7 сменилась 64-разрядной ARMv8, которая и используется в современных чипсетах смартфонов. Первой SoC на ее основе стал Apple A7, использованный в iPhone 5s, однако другие мобильные чипмейкеры тоже вскоре подтянулись: Qualcomm, MediaTek и спустя два года покинувшая рынок NVIDIA со своим семейством Tegra.

Дела у компании шли великолепно, только за 2011 год лицензиатами было изготовлено почти 8 млрд ядер, и тем более странными выглядят события 2016 года, когда ARM, что называется, «пошла по рукам». Компанию продали за $31 млрд японскому холдингу SoftBank, после чего она вошла в состав принадлежащего ему фонда Vision Fund, ранее являвшегося одним из основных инвесторов NVIDIA.


Герман Хаузер был категорически против данной сделки, однако его мнение уже давно ничего не решало. Но это были еще «цветочки»: SoftBank не являлся игроком IT-отрасли, и не посягал на нейтралитет ARM, лицензировавшей свои технологии фактически всем, кто был готов заплатить. Хоть бы даже и российским разработчикам, не говоря уже о китайских. Для последних было даже создано совместное предприятие ARM China.

А вот в начале 2020 года произошло то, что может впоследствии стать катастрофой: на приобретение компании нацелился не кто иной, как американская NVIDIA! Надо сказать, что сам по себе SoftBank не слишком возражал: по итогам намечающейся сделки он оказывался в серьезном плюсе – производитель известнейшей серии видеокарт предлагал за ARM целых $40 млрд.

Вот только для этого требовалось разрешение антимонополистов целых трех стран: Соединенных Штатов, Великобритании и Китая, которое до сих пор не получено. Процесс обещает растянуться на пару лет.


Почему катастрофа? Да потому что сама NVIDIA не занималась лицензированием своих разработок в области 3D графики. И хотя покупатель клятвенно обещает, что бизнес-модель и нейтралитет ARM будут сохранены – нет никаких гарантий, что стоимость лицензий не подскочит в разы. Особенно учитывая политику рынка видеокарт, цены на котором «благодаря» стараниям майнеров взлетели в разы, явно не без участия производителей.

Как результат – возможно резкое подорожание смартфонов, исчезновение с рынка бюджетных моделей и снижение доступности этих устройств со всеми вытекающими из этого последствиями для IT-индустрии.

Параллельно произошел скандал с китайским подразделением ARM China, создающий проблемы на пути реализации сделки. Примерно на момент обнародования факта переговоров о ней был уволен возглавляющий совместное предприятие Аллен Ву. Однако, вместо того, чтобы тихонько уйти, тот нанял собственных охранников и закрыл допуск в офис представителям головной компании.


Учитывая, что Аллен Ву контролирует более 16% акций ARM China, его требования о компенсации не так уж беспочвенны. Мало того - дочернее предприятие обладает правом лицензировать ядра и архитектуру ARM, что и вовсе переводит ситуацию в плоскость политики, учитывая атаку госдепа на китайские IT-компании.

Вдобавок в свете надвигающегося поглощения NVIDIA засуетились партнеры, готовые вкладывать деньги в альтернативу «проблемным» разработкам. Например, Amazon, Google и Qualcomm активизировали развитие свободной архитектуры RISC-V, которую создали еще в 2010 году, но, за неимением в ней особой нужды, особо не продвигали.

Ситуация до некоторой степени напоминает проблемы Huawei, которая тоже держала свой AppGallery, что называется, для галочки, пока не осталась без GMS, вынужденная заменять их собственными HMS. Тем не менее, пока собственники выясняют отношения, сотрудники продолжают работать. В 2020 году было представлено новое подсемейство Cortex, предназначенное для использования во флагманских мобильных чипсетах – Cortex-X. Наряду со свежими высокопроизводительными ядрами Cortex-A78 и более старым энергоэффективным Cortex-A55 оно уже вошло в состав некоторых топовых SoC, таких, как Qualcomm Snapdragon 888 и MediaTek Dimensity 1200.

В заключение

История ARM демонстрирует, что в современно мире вовсе не обязательно для достижения успеха вообще располагать хоть какими-то производственными мощностями. Патентное право открывает широчайшие возможности для разработчиков, лицензирующих свои результаты тем, у кого есть возможность воплощать их в «железе», точнее, в кремнии.

Однако, вот совпадение: проблемы у Intel, которая всегда делала ставку на собственное производство, и у ARM, у которое его вообще никогда не было, начались практически одновременно, пусть и не в таких масштабах. Так что прогрессивная бизнес-модель, как и нейтралитет, не спасает от произвола финансовых акул. А создатели многих крупных IT корпораций не в первый раз оказываются в положении, когда судьба их детища более от них не зависит.

Мало того – его откровенно гробят. Стив Джобс, Энди Рубин, Билл Гейтс, Пол Джейкобс – все они по тем или иным причинам были вынуждены в свое время оставить руководящие посты и с тоской смотреть на то, что творят их преемники. Теперь к этому списку добавился и Герман Хаузер.