ARM的总部在剑桥，同时在伦敦和纽约上市。市盈率接近50.这在芯片行业是个很夸张的数字，要知道Intel才十几的市盈率。原因有两个，第一名气大，移动界芯片的武林盟主，绝对的市场占有率。第二销售额低，净利也不高，2015年授权费和版税加一起才12亿美金，销售额连国内展讯都赶不上。ARM内部，真正盈利较好的只有做处理器的部门。
说到部门，ARM是麻雀虽小五脏俱全。全公司四千人，分布在处理器部门，媒体部门（图形处理器，视频和显示模块），系统IP和软件部门（总线，中断控制器，MMU，内存控制器，安全模块，调试模块，系统设计，各类基础软件），物理设计部门（物理库和处理器后端设计），软件工具部门（编译器，调试工具，仿真模型），物联网部门（蓝牙，物联网操作系统），图像信号部门，技术支持部门，销售和市场部门，还有个商业发展部门（负责和战略客户的技术与合作，BAT之类，看着像是和市场部的内斗产物，英国佬的宫斗也是有千年传承的）。最后，还有个神秘的架构部门，里面的人动不动就是principle啊fellow啊，制定指令集，研发不是很黑的黑科技。研发中心在剑桥，法国索菲亚，芬兰，奥斯丁，以色列，匈牙利印度和上海都有。分布这么广和收购历史有关。
ARM的赚钱方式简单明了，授权和版税。谁想用ARM的IP，那么跟据流片的次数，可以付一次流片的费用，也可以买三年内无限次流片，更可以永久买断。芯片量产后，根据产量，会按百分比收一点版税。这个和高通的版税完全不同，ARM全球一年版税也就几亿美元，只是高通的零头的零头。
作为重中之重的处理器设计部门，产品有A,R,M三个系列，和ARM名字重合，挺有趣。A指的是Application Processor，以前专指移动处理器，后来又扩展到服务器和网络处理器领域。R指Real Time，主要用于汽车，控制，固态硬盘，调制解调器等实时性需求较强的领域。M指MCU，一看名字就知道是微控制器，领域就更广，去年全球ARM MCU出货量过60亿片，但单价很便宜。
A系列是ARM扬名立万的本钱，没有A系列，ARM也就是个高级8051的水平。ARM把A系列按照每赫兹功耗分为三等，低端的代表如A7和新出的A35/A32，运行在几百兆赫兹，功耗几十毫瓦，适合手表和超低端手机。中端的代表如A53，作为大小核中的小核，运行在1-2Ghz，功耗3百毫瓦以下.当然也有人把它当大核用，功耗500毫瓦以上。再往上就比较丰富，A57是个相对较差的作品，再往后的A72，A73都达到了预期目的，运行在2Ghz以上，500豪瓦左右的功耗。在ARM的计划里，每年提升20%的每赫兹性能，2018年底会出一款单核性能和Intel x86抗衡的处理器，节点在7nm甚至5nm上，不知是不是能实现。我觉得有点悬，台积电的7nm上的最高频率和16nm也没差多少，加压到3Ghz了不起了，而x86现在就快到4Ghz了。ARM哪怕有每赫兹性能提升50%也赶不上，更何况intel也在缓慢提升。目前看来，通过增加发射宽度，把二级缓存放到核内，优化一级缓存命中，使用数据缓存vipt，还是可以在线性提升功耗的前提下提升性能。但是 ARM设计的哪怕最高端的处理器，也是把手机作为应用目标的，所以在功耗上不会很激进，单核一瓦都不会到。话说回来，其实小核赚到的授权费更高，你看市面上那么多A53的处理器在跑，不光手机，平板，服务器，网络都有。
R系列芯如其名，所有的设计都往实时性靠拢。可能有人对实时性有误解，以为实时性就是性能高，响应快，这是不完全的。硬实时性指的是，任何运算和处理，都在确定的较短时间内完成。按照这个理念，虚地址是不适合的，因为虚实转换查页表可能会连续不匹配，造成不可预计的访存时间。甚至中断处理中实地址访问内存也是不可控的，因为可能多个主设备存在访问冲突，必须使用绑定核的专有片上内存，才能保证几十个时钟周期内一定让中断得到处理。其它的措施，比如所有内部总线和缓存加入校验，采用双核冗余处理，都是R系列的特点。汽车和自动控制是R系列的典型应用。其余的存储控制器，3/4G调制解调器等，用处理器做的都是协议控制，不存在确定响应时间的问题，只要平均延时达到要求即可。所以有人用A系列做这一类应用，毫不奇怪。R系列的趋势是实现虚拟化，这是汽车电子公司提出的要求，初看挺奇葩，但是ARM的解释是，当初如果先有虚拟化，那么就不会有trustzone了。在实地址下，虚拟化效率更高，因为A系列的虚拟化可能需要查20次页表才能找到最终实地址，而R系列3-6次就可以，还可以把页表放在片上内存，那就不存在延迟不可控一说了。所以R系列上的安全可以通过实地址虚拟化来实现。
M系列应用太广，目前比较火的智能硬件和物联网基本都用它，去年出货量60亿片，不过ARM在上面估计连1亿美元版税都没收到。它的特点是芯片面积小，功耗极低，做的好一个电池板用几年都可以。当然，也有M7这种奇葩型的MCU，运算能力超A7甚至A53，自带缓存，目前用于无人机控制等对计算能力和实时性要求都高的地方。MCU上的趋势也是安全，物联网的基本需求。当然，由于芯片面积本来就小，不适合用虚拟化实现，还是用的老的trustzone的简化版比较现实。
除了处理器RTL授权，ARM还可以指令集授权。这个话题一直被人津津乐道。目前的客户包括苹果，高通，博通，Cavium，海思，展讯等等。ARM其实是把指令集授权客户看成潜在的威胁的，所以不仅售价高（几千万美元也不稀奇），而且还有时间和行业限制，过个三五年又得重新买。此外，客户还不光买指令集，指令集验证模型也得要吧？不然自己写还不一定对。现在要做一个处理器其实没那么困难，微结构就那样，90%的时间都是花在验证上。难的是要做到商业化，那需要长时间慢慢的积累，不断的验证，不断的微调。不同性能和功耗目标所采取的设计也并不相同。有条捷径是拿ARM的RTL改，不过合同上这样是不被允许的。
从市场来看，手机和平板ARM基本无竞争。Intel曾经想通过贴钱进入平板，现在随着策略改变也没啥动作了。还曾经和rockchip合作，把硬核授权，让RK生产，如今也烟消云散。唯一还在坚持的就是对展讯的投资与合作，授权硬核，提供工厂，试图让展讯以低价铺开x86手机芯片市场。其实这本意是不错的，intel自己造芯片太贵，只能让中国公司来做才能降成本。不过随着intel移动战略的改变，现在的前途真是未卜，可见生态的力量之强大。据说ARM当初给诺基亚和德州仪器提供手机芯片设计的时候，完全没想到过什么生态战略，也是想着赚一把走人，一不小心就做大了。
在服务器市场，ARM和Intel的情况完全反转。ARM苦于没有真正的芯片做生态软件优化，而芯片厂商也苦于没有像手机那样成熟的软件，一切都要自己来。想想当初Intel为了打入手机市场硬是在二进制文件层面做指令翻译，如今ARM面对的问题也没好到哪去。服务器和网络不像手机，随随便便可以死机重启，哪怕芯片没问题，软件移植的不好，或者各家ARM指令集的芯片在软件稳定性上表现不一致，那么在互联网生产环境是没人敢大量使用的。所以这个市场上的生态更难打破，只能一点点拱白菜吧。好在企业市场不同于消费市场，决定权在企业用户，群狼前赴后继，主打低功耗低成本，拱得多了总会有一部分市场份额的。
别的小一些的市场，网络处理器，全球一共20亿美元，ARM也是大势所趋了。曾经占统治地位的MIPS和PowerPC，以后只会出现在一些低端网络设备上。还有个应用就是2/3/4G调制解调器，这个市场其实很大，手机离不开它。R系列在这里用的挺多，不过作为协议控制，用A系列也可以，也确实有人这么做。另外一个是存储控制器，包括机械和固态硬盘控制，MIPS和tensilica占着一点空间，还有一个后起之秀，那就是Synopsys的ARC处理器。凭借着EDA软件搭卖处理器，在ARM没有生态优势的市场确实挺有吸引力。作为数据中心里计算，存储，网络三大块之一，存储倒是可以和网络结合，在单芯片上集成以太网和ONFI接口，运行Linux及其开源软件，Ceph之类的，把以前需要服务器加网卡加SSD阵列的网络节点整个替换掉。由于软件单一，优化相对容易，加上高能效低成本，也许能从这个角度打开服务器和数据中心的市场。
图形处理器其实比处理器更代表着未来。他们的主要区别是CPU一条指令仅仅对应有限的一次或者几次数据访问，然后指令与指令间存在着大量相对随机的跳转和数据读取。而GPU一条指令可能需要成百上千次数据读取，并且顺序排列。顺序访问对于访问内存可是天大的好事，详情可以参看之前的文章。桌面GPU利用高带宽，将顺序访问发挥到极致。但是他并不在缓存存储中间结果，而是写到内存。ARM的移动GPU，是所谓的tile based GPU，读取一定量的数据后，会在缓存进行操作。从而省掉了很多带宽，看上去更省电。
ARM在GPU上的竞争对手有IMG和高通。不过高通只在自己的芯片上使用，而IMG基本只在苹果上卖出去。如果一个芯片公司想做手机芯片，那么GPU的选择只有ARM和IMG，其余vivante之类的都是坑，海思和飞思卡尔都吃过亏。如果使用了Atom或者MIPS做CPU，那最好别选ARM MALI，否则没人支持兼容问题。GPU的某些命令是需要CPU指令来做加速的。使用敌对阵营的CPU和GPU，各种安全，内容保护，硬件一致性，以及之上构建的异构计算也不容易做好。总之，ARM的GPU在技术上不如高通和IMG，但是凭借着CPU的优势，在安卓市场占了40%。并且，现在IMG的中国市场上也只有展讯在用。紫光买了IMG3%的股份真是用心良苦。
接下去就是总线。ARM的总线分成几类，一类是NIC，没有固定拓扑结构，通过简单crossbar互联，适用于简单场景。一类是CCI，固定拓扑，也是crossbar结构，支持一致性，适合少量处理器。再往下是CCN，环状结构，通过固定交叉点连成一个环，延迟大但频率高些，适合16个以上的处理器。再后来是CMN，网状结构，也是固定交叉点，形成 NxN网络，支持更多的CPU互联。再有一种是NoC，节点是个小路由器，连线更少频率更高。没有固定拓扑结构，可以连接任意多的设备。
在这么多总线里，CCI是一个重点。最新的CCI550设计完美到ARM就没有后续产品计划。它可以让多个CPU和GPU互联，并且以极小的代价维护硬件一致性。在CCI550的基础上，安全支付，视频内容保护（看正版好莱坞授权大片的前提），异构计算，现实增强，全都可以高效实现，手机应用将会大大丰富。现在一线的几个手机芯片公司在2016年底推出的方案里就会包含这个总线。不过真正把应用跑顺，还是需要一些时间的磨合。
CCI有什么缺点？最大的缺点就是无法支持更多的CPU和GPU。环状网络CNN是一个过渡方案，而网状网络CMN是一个较为成熟的设计。兼顾了访问局部性，支持新的高效原子操作，支持网络处理器常用的stashing，还支持智能路由。由于跑在较高频率（2Ghz@16nm），虽然访问的路线变长，但是平均延时缩短了。目前CMN还不支持芯片互联，没法像x86那样组成多路服务器，这一点还有待发展。作为芯片间总线互联的协议倒是刚定，叫CCIX，不知前景如何。
CCI/CCN/CMN都是支持一致性的。很多时候需要更灵活的连接各个设备，把不同的数据宽度，接口协议，电源/时钟/电压域，还要考虑布线，这些糅合在一个网络中，却又不需要硬件一致性那这时候就可以用NoC和NIC。NoC以路由和包转发为特点的网络，可以自由拓展。NIC更为简单，没有路由，只有简单交换，调度，交织能力很有限，用于简单SoC结构不错，复杂了还是得上NoC。最近NoC也推出了一致性支持，采用类似多层Snoop filter的结构，向CCI/CMN发起挑战。结果如何，拭目以待。
其余的系统IP，随着手机应用的丰富，也在逐渐发展。虚拟化，安全，移动计算，都是将来的趋势。其中值得一提的是ARM的内存控制器，经过长期对系统传输的研究，ARM把它的调度算法不断优化，可以将内存带宽利用率提高到90%以上。而很多复杂场景，比如视频摄录与回放，CPU，GPU，video，display，ISP同时工作，系统访存会面临很大压力。此时好的调度算法可以让内存利用率尽可能接近理论上限。不过ARM内存控制器缺点也很明显，必须配合别人的DDR PHY才能工作，这就有潜在的兼容性问题。而其他公司的PHY很值钱，控制器近乎白送。不过随着手机芯片日益复杂，内存带宽利用率问题会越来越严重，这个瓶颈必须得到解决。
综合CPU/GPU/系统IP，就可以展开很多应用。其一就是安全支付。安全支付可以用ARM的trustzone来实现，不过这是一个系统解决方案，所有的处理器，总线，内存和外设，操作系统，都需要做相应改动，并不是把某个IP用到系统里就完事了。另外一个应用就是内容保护，中国用户如果想要在手机看最新的正版好莱坞大片，好莱坞就会要求所有播放设备上要有DRM，数字版权保护。这也是靠把trustzone应用于整个芯片来实现的。我估计在未来几年内很快就会看到了。
还有别的应用，比如目前很火的VR/AR/CV。手机上VR除了GPU性能需要足够强外，主要是在软件上要支持几个特性，front buffer rendering啊，multiple view啊。对于GPGPU来说，改驱动就可以做到了，这也就是为啥GPGPU比固定管线灵活的原因了。其余的硬件改动会是在display上，使得缓存更快的更新到显示屏。当然，为了20ms延迟，上层的软件改动也需要，我不熟就不多说了。
手机上更实际的应用其实是在AR和CV。不管是用什么算法，什么API，都可以用Neon或者GPGPU甚至DSP来实现，而硬件上需要做的，就是把GPU和CPU，DSP的双向硬件一致性做好，避免拷贝和刷新，让他们之间的数据交互更高效。我估计在未来的两年内，就会有包含计算机视觉或者机器学习的应用和测试出现，到时候又要比跑分了。
ARM还有一个重要的部门就是物理设计部门。它的任务有两个，一个是与台积电，联电，中芯等公司合作，把他们最新的制程的物理开发包拿到手，并在此之上开发自己的后端库。第二个是有了后端库，还要和CPU/GPU设计部门合作，前后端协同设计，把频率，面积和功耗做到最优。然后就可以拿出去吆喝卖钱了。在推广的时候，ARM的口号是PPA(performance, Power, Area)，Synopsys的口号是Service，而台积电的口号是Free。其实这代表了三种不同的推广策略。回到ARM的后端产品，虽然前后端协同设计口号叫的很响，可有时候出来的数据真的未必能比得上芯片厂商自己做的后端，所以只能见仁见智吧。
ARM的其他部门，比如卖仿真器和Keil的，名气是很响，可营业额很小。他们还做IP模型和编译器，和其他部门比存在感稍弱。还有个部门做物联网和蓝牙，有个物联网操作系统mBed在推广。不过物联网这个概念太广，传统意义上的物联网芯片就是一个MCU加点传感器和连接（WiFi,蓝牙，北斗/GPS，LTE），重点在于应用而非处理器，很难搞个生态或者大新闻。所以这个部门存在感也不强。我觉得搞好了蓝牙也无助于提升系统性能和生态，甚至我怀疑这个部门是内部高层出去创业然后回购的。
说到ARM的存在感，就必须说到ARM的市场部门。共有四种市场职位，第一是产品市场，和产品紧密相关，CPU和GPU发布时候就是他们在出场，搜集需求，帮研发定义下一代产品。第二种是区域市场，北美欧洲中国，没事就到各个芯片公司去转悠，盯住他们的最新动态，看看能不能卖出点什么，同时给产品市场需求和反馈。第三类是应用市场，针对某类新的应用，比如虚拟现实，汽车，移动，服务器等。他们去的不仅仅是芯片公司，更重要的是行业的下游企业，看看在应用层有什么可以挖掘的。第四类是战略客户市场，主要是看住新兴的互联网公司，看看他们有什么动向。未必是锁定在某一行业和应用。比如阿里，同时在服务器，手机操作系统，支付，多媒体等领域发展，那ARM就得看看有什么地方可以合作的。除了这四类，其实还有政府合作市场，不过这类事情一般都是GM和VP出面，摸清中央政府，地方政府和各部门的资金和政策动向，看看能不能掺和一脚。
作为一个号称靠生态赚钱的公司，市场人员自然素质不错，随便挑一个出来，上台做做报告，用英语发表下演讲，分析下行业动态，自然不在话下。由于平台大，视野广，出路通常不错，经常有跳槽升个两级或者干脆自己创业的。
然而，我还是不看好ARM的盈利模式。它的现有模式已经走到了尽头，就算移动计算，服务器，VR，物联网市场起来了又如何？就算中国和印度的芯片也起来了又如何？作为IP公司，所能赚的钱翻个倍也就顶了天了，远远没法和芯片公司比，更没法和下游互联网公司比。
那ARM的未来在哪？第一还是生态。当前流行的技术，大数据，人工智能，虚拟现实，自动驾驶等等，说穿了无非两个字，计算。而计算就离不开芯片。无论是CPU，还是GPU，DSP，又或是神经网络芯片，都是围绕这两个字在运行。ARM必须牢牢抓住技术趋势，将通用计算融合其中，这是一切的基础。但是做好了第一步，并不赚钱。能赚大钱的不是IP授权，而是来自投资，来自那些从财报上看不到的影响力。有了影响力，什么政府合作啊，领投啊，资本运作啊，才有可能轮得到ARM分一杯羹。从这方面看，不生产芯片，不制造系统，软件开源，又是无与伦比的优势。ARM中国这两年动作频频，和妖股中科创达联合成立安创只是牛刀小试，而和厚朴成立投资公司则是红色故事的开始。