1. Tick-Tock
1.1. Tick-Tock战略的核心是Tick，是驱动Tock前行的源动力
- 1.1.1. 在Tick-Tock战略顺利实施的这段时间里，Intel在处理器微架构与半导体工艺制程两个领域，打遍天下无敌手，引领PC产业快速更迭，直至一骑绝尘
1.2. 细分流水线的执行步骤有助于提高主频，提升指令流水线性能
- 1.2.1. 超标量流水线
1.3. 片面提高主频非但不能提高流水线的执行效率，有时反而适得其反
1.4. 另一个制约主频提升的是功耗
1.4.1. 功耗与主频的提升成正比，主频越高功耗越大，而一个集成电路能支撑的最大功耗有限
1.4.2. 功耗问题的解决，已经超出计算机体系结构的能力范围，是半导体材料与制作工艺的用武之地
1.5. 在指令流水线优化中，一个非常关键的策略是乱序执行(Out-of-order execution)
1.5.1. 现代处理器乱序执行的完整概念由IBM的Tomasulo，于1966年在System/360大型机的设计过程中提出，并于1990年在IBM的Power1处理器中实现
1.5.2. 现代计算机体系结构中，乱序执行的要点是“执行过程乱序”，在执行完毕后依然“顺序退出流水线”
1.6. Nehalem微架构
1.6.1. Nehalem微架构的大获全胜，一是因为“Tick”，二是因为“Tock”
1.6.2. 2007年，Intel将半导体工艺制程升级到45nm，领先当时所有集成电路制作厂商，工艺的升级使芯片得以集成更多的晶体管
1.6.3. Nehalem略微优化了指令流水线，却对存储器层次结构进行了一次体系变革，加快内部Cache的读取速度，扩展外部Cache的容量，此外还引入了QPI(Quick Path Interconnection)总线
1.6.4. 基于Nehalem微架构制作的Nehalem-EX处理器，最多可以集成8个微架构，这8个微架构可以共享同一个外部Cache，并保证Cache的共享一致
1.7. Cache
1.7.1. 产业界通常将微架构内部的Cache称为内部Cache(Inner Cache)，而将微架构之外的Cache称为外部Cache(Outer Cache)
1.7.2. Cache越大命中率越高，对微架构性能提升越明显
1.7.3. 不同层次的Cache之间，进行数据淘汰时涉及许多算法
1.7.4. 伴随着处理器系统需要保持Cache一致性的微架构数量逐步增多，多个微架构间进行高效互连的难度剧增，加大了Cache层次结构的设计难度
1.8. Intel强化了System/360大型机时代提出的，将架构与实现分离的成功经验
- 1.8.1. 直到今天，服务器产品依然是Intel的重要利润来源
1.9. 2006年6月27日，Intel将手机处理器产品，作价6亿美金出售给了Marvell
- 1.9.1. 再伟大的公司也不能同时跨越两个时代之巅，大型机时代的IBM是这样，PC时代的Intel也是这样
1.10. 2015年，Intel发布基于14nm工艺制程的Skylake微架构后，Tick-Tock战略的执行步伐近乎陷于停滞
1.11. 2021年，Intel终于攻克10nm工艺制程，进展之慢甚至令竞争对手震惊
1.11.1. 尽管Intel的10nm与台积电的7nm性能相当，但是此时台积电5nm工艺制程已经准备量产
1.11.2. 昔日的对手AMD凭借与台积电的合作，再次挑战Intel
1.12. 第三次危机
1.12.1. 不仅在半导体工艺制程上落后台积电
1.12.2. 在x86处理器微架构层面也逐步被AMD赶超
1.12.3. 以“每秒钟交易次数”为核心的设计思想，与人工智能时代倡导的“每秒钟运算次数”为中心的设计理念格格不入
1.12.4. Intel的竞争者，除了Tick层面的台积电，Tock层面的AMD、英伟达，还有一个永远的对手—ARM
2. ARM
2.1. 1978年，Acorn Computers公司在这样的政治背景之下，成立于英国的剑桥
- 2.1.1. 公司的三个联合创始人，Herman Hauser、Chris Curry和Andy Hopper
2.2. RISC架构因为结构精简，成为Acorn的首选
2.3. 大名鼎鼎的6502微处理器，是由名为WDC的处理器公司的创始人一个人开发的，这个公司通过IP(Intellectual Property)方式，将产品授权给其他大型公司，发展得异常健康
2.3.1. 照搬WDC的模式，只进行处理器的设计，使用IP授权这种商务模式
2.3.2. 还有BBC Micro计算机做后盾，与WDC公司相比更具优势
2.4. 1983年10月，Acorn决定将RISC技术作为主攻方向，启动了一个名为“Acorn RISC Machine”的处理器研制计划，这颗处理器简称为ARM
2.5. 1985年4月26日，第一颗ARM处理器，即ARM1，千呼万唤始出来
2.6. 1986年发布的ARM2没有激起波澜
2.7. 1989年发布的ARM3更加如此，没有公司使用ARM3开发产品
2.7.1. 一些公司持观望态度将ARM3交与研发人员评估
2.7.2. 更多的公司甚至不知道ARM3的存在
2.8. 1988年，Acorn的联合创始人Hermann Hauser离开了Olivetti，Andy Hopper比他更早一段时间离开
2.9. 1990年11月，Olivetti旗下的Acorn Computers、苹果和VLSI公司联合重组ARM
2.9.1. 其中VLSI是ARM处理器的半导体制作公司，苹果入股ARM则基于一个战略考虑
2.9.2. 重组后的公司继续沿用ARM作为简称，但已不再是Acorn RISC Machine，而是Advanced RISC Machine
2.10. 仅用300万美元便拥有了ARM公司43%股份的苹果，也并没有把宝完全押在ARM身上
2.10.1. 苹果的重心是在1991年，与IBM和Motorola共同组建的AIM联盟
2.10.2. 苹果的前几代Macbook使用这个联盟开发的PowerPC处理器，并非ARM
2.10.3. 1998年，ARM公司在英国和美国上市后，苹果逐步卖出了所持有的ARM股份
2.11. 1993年，ARM迎来重大转机，德州仪器和Cirrus Logic先后加入ARM阵营
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2.11.1. 德州仪器给予了ARM雪中送炭的帮助
- 2.11.1.1. 德州仪器没有选择Intel或其他强大的RISC厂商，与他们合作更似与虎谋皮
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2.11.2. 当时，德州仪器正在说服一家不算太知名的芬兰公司诺基亚，一同进入移动通信市场
2.11.2.1. 诺基亚从伐木起家，20世纪60年代进入电子信息产业
2.11.2.2. 80年代进入电视、PC与GSM手机市场
2.11.2.3. 90年代，诺基亚切入通信领域，从GSM基站开始，逐步渗透到手持终端领域，准备与美国通信巨头摩托罗拉一较高下
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2.11.3. 德州仪器已经成长为巨人，在DSP(Digital Signal Processing)数字信号处理领域处于领袖地位
- 2.11.3.1. 与手机基带信号处理相关的应用，几乎都在使用这家公司的DSP芯片，但是德州仪器没有制作处理器的经验
2.11.4. ARM迎来了上天赐予的机会，通过与诺基亚和德州仪器的密切合作，ARM完全确立了基于微架构授权的商业模式
2.12. ARM7微架构较小的尺寸，使其获得了较低的功耗与价格，适合手持式设备的应用场景
2.12.1. 1997年，Nokia正式发布使用ARM7架构的6110手机
2.12.2. 诺基亚凭借这一系列手机，击败了如日中天的摩托罗拉，最后使得这家公司放弃了自行研发的68K处理器，加入ARM阵营
2.13. 手机的功能主要是通话与短信，还未演进成为智能手机，总体量并不算很大
2.13.1. AMD的异军突起，及其与Intel的竞争，构建了处理器领域一道最炫目的风景线，而高端服务器领域则属于DEC
2.13.2. DEC发布的Alpha系列处理器，即便放到21世纪，设计理念依然并不落后
2.13.3. DEC本就是为21世纪设计处理器，在Alpha21x64的编号中，“21”代表的是21世纪，而“64”指64位处理器
2.14. 1995年，DEC公司在获得ARM架构的完整授权后，将其升级为StrongARM微架构，并于第二年发布了基于StrongARM微架构的SA-110处理器
2.14.1. DEC公司的帮助使ARM架构抵达前所未有的高度
2.14.2. 许多公司开始使用SA-110处理器制作手持式设备
2.15. 1996年，ARM8正式发布，与ARM7微架构相比，在没有显著提高功耗的前提下，性能提高接近一倍，却依然无法和DEC的StrongARM微架构抗衡
2.16. 1997年，具有里程碑意义的ARM9微架构正式发布
- 2.16.1. ARM9具有非常漫长的生命期，在2022年的今天，依然有不少公司，基于ARM9微架构设计嵌入式处理器
2.17. 1997年，DEC公司最终将StrongARM微架构出售给了Intel
2.17.1. Intel如获至宝，投入大量人力，将StrongARM微架构升级为XScale微架构，强势进军所有嵌入式领域
2.17.2. XScale微架构的成功使得更多的应用程序向ARM生态集中，使其进一步壮大
2.17.3. 在Intel的推动下，XScale微架构广泛应用于嵌入式领域，包括用于手持终端的PXA处理器、网络通信的IXP处理器与存储领域的IOP处理器
2.17.4. Intel的强势出击，愈发扩大了ARM阵营的势力范围
2.18. ARM10微架构的失利，没有使ARM公司大伤元气，XScale归根结底基于ARM体系，与ARM指令集兼容，能够运行在XScale微架构的程序可以轻易移植到其他ARM微架构中
- 2.18.1. ARM公司似乎有一个宿命，几乎所有以偶数结尾的微架构，其结局都不算太好
2.19. Intel的强势出击，愈发扩大了ARM阵营的势力范围
- 2.19.1. 摩托罗拉的68K、AIM的PowerPC、MIPS等嵌入式处理器，一个接着一个败下阵来，为ARM微架构未来的腾飞扫平了障碍
2.20. 2002年9月，ARM与三星签订了一项合作协议，允许三星完全访问当前与未来ARM开发的所有IP，而且未限定期限
2.20.1. 将三星从ARM的一个客户，提升为能够左右ARM微架构发展方向的全天候合作伙伴
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2.20.2. 同年10月，ARM11微架构发布
2.20.2.1. ARM11采用了在现代处理器中常用的优化方法，如指令的动态分支预测，对存储器层次结构的改进等
2.20.2.2. 相对于ARM7与ARM9是一个不小的技术飞跃
2.20.2.3. 基于ARM11微架构的处理器始终在稳步推进，伴随半导体制作工艺的提升，性能逐步提高，功耗逐步下降
2.20.3. 世界上所有主流处理器厂商拥抱了ARM微架构
2.21. ARM生态已经从XScale微架构中获得了足够的能量，不再依赖任何厂商，他们的命运牢牢掌握在自己手中
2.21.1. Intel将用于手持终端的PXA处理器，作价六亿美元出售给Marvell
2.21.2. Intel将用于网络通信的IXP处理器，转让于一个初创公司
2.21.3. Intel用于存储领域的IOP处理器则无疾而终
2.22. 从ARM7开始，历经StrongARM、ARM9与XScale之后，ARM的生态已不可撼动，并且无孔不入，从玩具车使用的智能控制器到手机、汽车领域的高端应用，都在使用ARM微架构
2.23. 2007年6月29日，乔布斯发布iPhone1手机，使用基于ARM11微架构的处理器，开启了一个属于智能手机的时代
2.23.1. 基于ARM9或者XScale微架构的手机，在通话与短信的基础上，添加了少许智能部件，并不是真正意义上的智能手机
2.23.2. 在iPhone1出现前夕，ARM11微架构使用的主频已超过500MHz
2.23.3. 在半导体存储领域，NAND Flash的快速更新迭代，使智能手机获得了足够大的存储容量，能够容纳更多的应用程序与数据
2.24. 在ARM11微架构之后，ARM公司使用新的命名方式，将ARM微架构替换为Cortex微架构
- 2.24.1. Cortex微架构分为三大系列：用于微控制器领域的M系列、用于实时系统领域的R系列、用于高端应用领域的A系列
2.25. 几乎所有的半导体厂商，都在使用ARM架构进行设计
2.25.1. 智能手机的制造商，苹果、三星也生产基于ARM架构的处理器
2.25.2. 与Intel直接竞争的不是ARM，而是组成ARM阵营的半导体公司，Intel无力与全天下的半导体厂商同时竞争
2.25.3. 基于ARM微架构的PC层出不穷，服务器产品也正在逐步成型
2.26. 2016年7月18日，这个具备搭建帝国潜质的公司，最终被软银收购，落入资本手中
- 2.26.1. 作为一个公司的ARM，依然没有笑到最后
