ARM工藝及能耗發(fā)展概況

ARM系列是英國先進RISC機器公司（Advanced RISC Machines，ARM）公司的產品。第一個基于RISC指令集的ARM芯片是在1985年開始設計的，采用的是典型的32位RISC體系結構，其指令的擁有4位的寄存器地址域，可以訪問R0-R15這16個寄存器。而其他的寄存器只有在特殊的情況下才可以訪問到。

ARM使用了標準的、固定長度的32位指令格式，所有的ARM指令使用了4位的條件碼來決定該指令是否應當執(zhí)行，這種方式可以解決一些條件分支的問題，從而對代碼的密度和性能都有好處，編譯也因此也可以顯示的控制指令的執(zhí)行。

由于體系結構設計以及器件技術上的特點，可以使得ARM處理器可以與一些復雜得多的微處理器相抗衡，特別是在需要很少能耗的嵌入式處理場合。

1990年，ARM公司成立了。在ARM7中，將ARM體系結構完全擴展到32位（原來的ARM處理器只有26位的地址空間），并將主頻提升到40MHz，另外還集成了一個8KB的Cache。比較有趣的是，ARM7可以支持一種稱為"Thumb"的模式，可以運行新的16位指令。這主要是通過在ARM7芯片的指令預取階段增加一個硬件，完成Thumb指令到正常的32位RISC指令來達到目的的。通過引入Thumb模式，可以使得只需要付出很少的硬件代價，就可以將代碼的密度提升大約25%-35%，并使得應用的運行更為迅速。

1995年，ARM、Apple、DEC公司聯(lián)合聲明將開發(fā)一種用于PDA的高性能、低功耗的微處理器，主要是基于ARM體系結構的。DEC將自己在MPU設計上的優(yōu)勢帶入ARM芯片設計中。一年后，StrongARM SA-110問世了，并成為嵌入式微處理器設計的一個里程碑。

?StrongARM SA-110可以工作在200MHz，而能耗不到1瓦。在體系結構上，
StrongARM將原來ARM中的三級流水線擴展到五級，在器件工藝上，大量采用了最新的體系結構和器件技術，大大降低了芯片工作時的能耗。

StrongARM的出現(xiàn)并不是ARM發(fā)展歷程上的唯一分支。1996年，ARM8發(fā)布了，采用同樣的三級流水線，并在72MHz條件下，達到了84MIPS的指標。而在1997年，ARM9內核采用了與StrongARM相同的五級流水線。ARM9TDMI在0.35um工藝條件下，可以在200MHz達到220MIPS的性能。ARM9的另外一個版本ARM9E對SIMD做了增強，包括8位和16位SIMD加法和減法，16位和32位乘法，以及相應的算術操作等。

1997年，Intel接管了StrongARM，并開發(fā)了幾個后續(xù)產品。1998年，Intel開始用0
.18um工藝生產StrongARM處理器。在1999年度嵌入式微處理器論壇上，Intel宣布將在其第二代StrongARM中采用7級流水線，并在0.18um工藝條件下，達到600MHz的速度，而能耗將僅僅為不到0.5瓦，同時，將新的微處理器命名為StrongARM Xscale。

?StrongARM的出現(xiàn)并不是ARM發(fā)展歷程上的唯一分支。1996年，ARM8發(fā)布了，采用同樣的三級流水線，并在72MHz條件下，達到了84MIPS的指標。而在1997年，ARM9內核采用了與StrongARM相同的五級流水線。ARM9TDMI在0.35um工藝條件下，可以在200MHz達到220MIPS的性能。

ARM9的另外一個版本ARM9E對SIMD做了增強，包括8位和16位SIMD加法和減法，16位和32位乘法，以及相應的算術操作等。

ARM9EJ是ARM9E在Java支持上的增強版本。它采用了類似Thumb的機制，通過很少的硬件代價，可以使大多數(shù)Java虛擬機字節(jié)碼可以加速執(zhí)行，更為復雜的Java虛擬機字節(jié)碼可以通過軟件的方式執(zhí)行。這樣，可以使得Java虛擬機字節(jié)碼的執(zhí)行速度提升了大約8倍左右。這對于嵌入式場合的Java應用無疑是極其有效的。

ARM的成功在于它極高的性能以及極低的能耗，使得它能夠與高端的MIPS和PowerPC嵌入式微處理器相抗衡。另外，即使根據市場需要進行功能的擴展，也是ARM取得成功的一個重要因素。隨著更多廠商的支持和加入，可以預見，在將來一段時間之內，ARM仍將主宰32位嵌入式微處理器市場。

ARM取得了極大的成功，世界上幾乎所有主要的半導體廠商都從ARM公司購買ARM ISA許可。

目前ARM系列芯片已經被廣泛的應用于移動電話、手持式計算機以及各種各樣的嵌入式應用領域，成為世界上銷量最大的32位微處理器。

ARM也在向64位微處理器的方向發(fā)展。