一起瞭解源自劍橋的大膽創新如何發展成為遍佈世界的運算架構

2025 年 4 月，Arm 架構邁入 40 週年。這個起始於英國劍橋一隅、懷抱雄心壯志的專案，如今已成為全球廣泛採用的運算架構。從感測器、智慧手機、筆記型電腦，到汽車、資料中心等眾多領域，如今已有數十億個裝置運行在 Arm 架構之上。

Arm 架構起源於 40 年前一支懷抱遠大理想的小團隊，他們致力於讓高效能、低功耗的運算技術嘉惠於所有人。秉承簡單、簡約和精簡的設計理念，Arm 架構為高效、可擴展技術的新紀元奠定了基礎。

為了探尋 Arm 架構為何得以成為現代運算的基礎，我們將時鐘撥回到 40 年前，回到一切開始的地方。

Acorn Computers 和 BBC Micro

1978 年，Chris Curry 和 Hermann Hauser 在劍橋共同創立 Acorn Computers 公司（以下簡稱 Acorn）。這家擅長掌握機會的新創企業在英國政府「每間教室一台電腦」的計畫中脫穎而出，成功拿下了 BBC Micro 的研發合約。這次得標不僅改寫了 Acorn 的命運，也為運算技術的未來成長埋下種子。

Acorn 最初為 BBC Micro 搭載了 6502 微處理器，但它無法滿足 Acorn 對機器效能更高的追求，因此，Acorn 決定自行研發處理器。對於那個年代的小型企業，這是個非比尋常的大膽決定。

ARM1 揭開處理技術革新

上世紀八0年代初，兩位抱負遠大的工程師 Sophie Wilson 和 Steve Furber 接受任命，開始著手設計 32 位元處理器。在資源有限的情況下，他們創造出高效率而簡約的處理器架構——ARM1。這個架構於 1985 年問世，採用三微米工藝，僅使用了 25,000 個電晶體，兼顧了低功耗、運行快和高能源效率等優勢。

這個最初為解決燃眉之急的方案，迅速發展成一種新的架構理念：RISC（精簡指令集運算）。與當時的複雜指令集不同，RISC 具備 Acorn 所需的精簡、快速處理特性，推動了運算效能的突破。

針對更廣泛群體的晶片

Arm 架構致力於「讓大眾都能體驗到 MIPS（每秒百萬條指令）級的運算能力」，與當時專注於高階工作站或大型主機的其他處理器設計不同，這種理念使得 Arm 架構更加注重能源效率、速度和可擴展性。

從 Acorn 獨立出來的轉變歷程

Acorn 的發展並非一帆風順。財務危機迫使公司重組，最終推動 Acorn、Apple 和 VLSI Technology 在 1990 年攜手創辦了合資企業 Advanced RISC Machines（ARM）Ltd。這家企業肩負使命，致力於把 Arm 架構的強大效能和高效率推向更廣大的市場。

在 Apple Newton 發表時，Arm 等到第一次轉機，Newton 是率先基於 Arm 架構的商用裝置之一。儘管 Newton 本身未能在商業上大獲成功，卻為 Arm 的全球擴展奠定關鍵的基礎。不久之後，基於 Arm 架構的技術憑藉超低功耗和緊湊設計，開始襲捲手機、消費性電子、物聯網裝置和嵌入式系統市場。

有趣的是，Arm 的低功耗設計不只是一項策略創新，最初其實是為了應急而生。在早期，Acorn 無力承擔昂貴的陶瓷晶片封裝，因此必須提高處理器的能源效率，使處理器能在成本更低的塑膠封裝中運行。由於缺乏功耗評估工具，為保險起見，設計團隊對晶片採取了極為嚴苛的安全設計。正是此一決策，成就了處理器的出色能源效率表現，也為往後數十年注重能源效率的設計理念奠定基礎。

從打造行動裝置端的里程碑到成為市場標準

Nokia 6110 手機的問世是 Arm 架構早期發展中的一個重要突破。這款當時暢銷的行動裝置搭載了 Arm7TDMI 處理器，標示了 Arm 在行動領域爆炸性成長的開始。

從那時起，Arm 架構的發展勢如破竹，逐漸成為行動領域、嵌入式系統、物聯網和邊緣裝置的標準，如今還贏得雲端運算和資料中心的青睞。今日，Arm 技術已授權給數百家公司使用，應用於超過 3,000 億顆晶片中，足以證明 Arm 架構的可擴展性和通用性。目前，Arm 已發展至第九代架構：Armv9。

Arm 架構還在不斷發展，塑造著當下和未來的運算格局。從更新主要功能到漸進式的效能優化，Arm 架構的每一次進展都為各類裝置和應用顯著地改善了效能及能源效率表現，進一步拓展了功能。

面積不變，效率更佳

回顧發展歷程，最初的 ARM1 處理器使用了 6,000 個邏輯閘且未配置快取記憶體，而基於 40 奈米工藝的現代 Armv9 CPU 在大致相同的封裝面積內，整合了以一億個邏輯閘，且兼備圖像加速和多核處理能力。效能、功率和功能都有大幅提升，並仍秉承著該架構最初對於能源效率的追求。

傳承悠久的創新思維

Arm 架構的優異表現不僅源自於技術實力，更根植於底層設計理念。從一開始，Arm 就堅持以簡約、靈活和能源效率為核心，因此能夠一直兼顧緊湊設計和低能耗需求，進而在當前追求高速、智慧和互聯的時代展現出更高的適配性。從智慧手機、智慧恒溫器到雲端伺服器，Arm 正在推動現代運算領域的智慧發展。

Arm 的旅程才正開始。隨著 AI、邊緣運算和永續發展趨勢逐漸重塑技術格局，幾十年前在劍橋實驗室發展起來的架構，正展現出強大的生命力。憑藉著規模化部署高效能、低功耗處理器的能力，在其涉入的每一個技術市場，Arm 都成為了公認的產業標準，並將持續驅動未來的產業發展。

關於 Arm

Arm 是業界效能最高且最節能的運算平台，其無可比擬的應用範疇觸及全球所有連網使用者。為因應全球對運算永無止境的需求，Arm 提供先進的解決方案，使全球領先的科技公司得以釋放前所未有的 AI 體驗與功能。透過與全球最大的運算生態系及 2,200 萬名軟體開發人員的共同努力，我們正在 Arm 平台上建構 AI 的未來。

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