ARM: a long historyDa Acorn ai moderni device mobili

Mi presento

C’era una volta…

Il 26 aprile 1985, per la precisione alle ore 15:00, la prima incarnazione dell’architettura ARM «prese vita».

Si trattava di un microprocessore composto da circa venticinquemila transistor, disposti su due layer.

In quel tempo la lettera «A», nella sigla «ARM», stava per Acorn: l’azienda chiamata «ARM» non era ancora nata.

Acorn Computers

Il principale mercato di Acorn era quello delle scuole, per le quali il basso costo era un requisito fondamentale.

Così, quando si trattò di rimpiazzare l’ormai antiquato 6502 si cercò un processore che coniugasse potenza di calcolo ed economia.

Sfortunatamente le alternative disponibili erano tutte troppo costose, così, Hermann Hauser, dirigente di Acorn, decise che l’azienda avrebbe dovuto crearsi una propria architettura a 32 bit.

L’architettura RISC

Il budget limitato e la ristrettezza del team di sviluppo spronò i progettisti a impegnarsi al massimo nella ricerca della semplicità, caratteristica intrinseca delle architetture «RISC».

Fin dai prototipi funzionanti di processori «ARM», si osservò come «effetto collaterale» della semplicità costruttiva un minimo consumo elettrico.

Questa caratteristica si sarebbe rivelata vincente negli anni a venire per l’impiego in dispositivi mobili.

Acorn Archimedes

Nel giugno 1987 Acorn lanciò il primo prodotto commerciale costruito attorno al nuovo processore: il personal computer Archimedes.

I primi modelli impiegavano un processore a 4 Mhz, in grado di raggiungere la notevole potenza di calcolo di 6 Mips: il nuovo computer era tanto performante da essere pubblicizzato come «Il personal computer più potente del mondo».

La linea di personal computer basata sui processori «ARM» fu aggiornata e commercializzata fino ai primi anni ‘90.

Ecco la Apple…

Nei primi anni ’90, la Apple, guidata da John Sculley, stava progettando un «Assistente Digitale Personale» chiamato Newton.

L’architettura «ARM», coniugando bassi consumi e notevole potenza di calcolo, sembrava ideale per il nuovo dispositivo; tuttavia Apple non era disponibile a basare il nuovo prodotto su un processore le cui proprietà intellettuali erano detenute da un concorrente come Acorn.

1990: ARM Ltd

Il problema fu risolto creando, il 27 novembre 1990, una nuova azienda chiamata «ARM», come joint venture di Apple, Acorn e VLSI Technology. La prima sede era nei pressi di Cambridge.

Apple investì oltre un milione di sterline nella nuova azienda, nella quale furono assunti 12 progettisti dei processori «ARM» provenienti da Acorn.

VLSI fornì gli strumenti di sviluppo e le apparecchiature necessarie.

1990: ARM Ltd

«ARM» estese l’architettura originale per soddisfare le richieste di Apple e, nel gennaio del 1992, il processore «ARM 610» era pronto.

Tale processore fu impiegato dal «Newton» lanciato nel 1993 («l’Apple Newton» fu prodotto fino al 1998 in vari modelli).

Le royalties

A causa dello scarso successo del «Newton», «ARM» si trovò costretta a cercare nuove fonti di reddito, così l’amministratore delegato Robin Saxbi fece una scelta innovativa: fornire la licenza per produrre processori a diverse aziende produttrici di semiconduttori, in cambio di un pagamento di royalty per ogni pezzo prodotto.

I primi guadagni

Questo modello di business incentivò «ARM» ad aiutare le aziende partner a produrre e commercializzare rapidamente il maggior numero possibile di processori, innescando un «circolo virtuoso».

Dopo qualche anno i guadagni provenienti dalle royalty diedero ad «ARM» i fondi da investire in ricerca e sviluppo e mantenere l’architettura sempre al passo con i tempi.

Arriva Nokia

Nel 1994 Nokia si rivolse a Texas Instruments per la produzione di un chipset da impiegare nei nuovi telefoni GSM.

Texas Instruments propose un sistema basato sull’architettura ARM 7, che avrebbe soddisfatto i requisiti di potenza e consumo.

Nokia non accettò la proposta perché nell’architettura ARM7 a 32 bit ogni istruzione occupava 4 byte: l’occupazione di memoria del codice non sarebbe stata accettabile.

Thumb

Per venire in contro alle esigenze di Nokia i progettisti di ARM idearono un sottoinsieme a 16 bit del set di istruzioni originale, riducendo drasticamente l’occupazione di memoria.

Questa nuova tecnologia, chiamata Thumb, vinse le resistenze di Nokia e il primo telefono cellulare basato su processore ARM fu il celebre Nokia 6110.

Con la crescita esponenziale del mercato della telefonia mobile crebbero anche le opportunità di business per ARM che, nel giro di pochi anni, crebbe fino ad essere quotata in borsa nel 1998.

2001: System on a chipNei primi anni 2000, grazie ai progressi nella miniaturizzazione, il processore poteva occupare solo una parte del die, lasciando lo spazio per l’integrazione di altri componenti architetturali nello stesso circuito e creando i cosiddetti «System on a Chip» (SOC).

Il modello di business basato su licenza che ARM applicava si rivelò particolarmente adeguato: i produttori di SOC potevano prendere in licenza da ARM il processore e integrarlo nei loro chip, senza sobbarcarsi i costi dello sviluppo.

L’architettura ARM divenne, quindi, uno standard di fatto per i SOC, specie nel mercato dei telefoni.

2005: Cortex

Le famiglie ARM 9 e ARM 11 hanno esteso le possibilità dei processori ARM con l’introduzione di istruzioni per il multiprocessing, supporto a Java, elaborazione SIMD ecc. ma trascurando di fatto l’ampio mercato dei processori più semplici ed economici.

Per coprire tutte le fasce, ARM iniziò lo sviluppo di 3 diversi «profili»: Cortex-A, Cortex-R e Cortex-M, dedicati ad applicazioni specifiche.

2008: Multicore

Nel 2008 il mercato degli smartphone era in forte espansione e la richiesta di potenza sempre maggiore, unita a basti consumi, era una sfida per i progettisti.

ARM rispose con «Cortex-A9 MPCore», un’architettura multicore nella quale i core non attivi potevano essere posti in uno stato di basso consumo, per poi «risvegliarsi» quando era richiesta la massima potenza.

Questo approccio fu poi migliorato con l’introduzione del paradigma «big.LITTLE», nel 2011: un processore potente è affiancato da uno di capacità più limitata; il sistema può impiegare alternativamente i due processori secondo la potenza di calcolo richiesta.

2012: 64 bit

La richiesta di potenza di calcolo e di capacità d’indirizzamento sempre maggiori ha portato ARM ad estendere il progetto originale da 32 a 64 bit, con l’introduzione, nel 2012, dell’architettura ARMv8-A, impiegata successivamente nei dispositivi mobili più performanti.

L’architettura di ARM è oggi standard per i processori dei dispositivi mobili, in particolar modo per smartphone quali iPhone o apparecchi con sistema operativo Android.

Le implementazioni più note della tecnologia ARM sono i processori Snapdragon di Qualcomm, gli Ax di Apple o gli Exynos di Samsung.

E vissero tutti…

«L’ecosistema» ARM conta oltre mille aziende che contribuiscono allo sviluppo dell’Architettura e del mercato ad essa collegato.

Quando ARM fu fondata, nel 1990, aveva un solo licenziatario che, nel corso dell’anno, produsse 130000 core. Nel 2013 i licenziatari erano oltre 280, producendo decine di miliardi di core: oltre 20 miliardi di core vengono prodotti ogni giorno nel mondo.

CoderDojo

• 30 bambini

• 3 ore

• 1 merenda

• Apprendimento

• Cooperazione

• Divertimento

• Istruzione

Finding Ada Day

• Da 3 a 6 relatrici

• 3 ore

• 1 ospite maschio

• Comprensione

• Condivisione

• Divulgazione

• Progettazione

L’associazione MuPIn

Associazione Culturale«Museo Piemontese dell’Informatica – MuPIn»Strada Carignano, 48 – 10024 – Moncalieri (TO)Mobile: +39 333 689 2117Email: info@mupin.it – Web: www.mupin.it

Si ringraziano Eleonora Pantò e Fiorella Operto per i contenuti di alcune slide. I documenti originali li potete trovare al seguente link: http//ada.mupin.it

Finging Ada Day2012, 2013 e 2014

Digital Festival 2011, 2012 e 2013

Notte dei Ricercatori2013 e 2014

Venezia Camp2013

Mostre, conferenze ed eventiin tutto il centro nord Italia