硬件常识 --- arm公司

通俗解释arm公司给厂家只提供技术授权，有硬件芯片设计技术和软件架构设计技术，硬件芯片设计技术在细分就是cpu，gpu，npu这些，而dsp，基带，isp等专业细分领域需要厂家自己实现，或者用arm设计好的公版方案，arm公版方案是对稳定的。有实力的厂家比如苹果，不满足于公版频率重新设计所有硬件比如加大缓存，增加核数，等等，不管怎么变不能修改软件架构否者无法对接。有人会有疑问为什么不修改软件架构，增加指令集，这个可以修改，但是你修改后会与安卓生态不兼容，导致很多软件无法使用，这是任何一个厂家不愿意看到的。厂家可以买技术设计图，甚至可以买所有技术图纸加研发工具整套

 

ARM 公司给手机厂商（以及更上游的芯片设计公司如高通、联发科）提供的，不是实体芯片，而是一整套用于设计和制造高性能、低功耗芯片的**“知识产权（IP）”、“蓝图”和“工具”**。

您可以把手机厂商（或其芯片供应商）想象成一个**“顶级大厨”，而 ARM 公司则提供了一份包含各种顶级食材、秘制配方和全套厨具的“米其林星级菜单和厨房解决方案”**。大厨可以根据自己的风格和顾客的需求，来选择和组合这些资源，烹饪出独一无二的“大餐”（也就是芯片）。

具体来说，ARM 提供的资源主要分为以下四大类：

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1. 核心处理器 IP（菜单上的主菜）

这是最核心、最著名的部分。ARM 设计了不同性能和功耗的处理器核心“蓝图”，供客户选择。

• CPU 核心 (芯片的“大脑”):

  • Cortex-A 系列: 这是手机和平板电脑的性能核心。厂商可以像搭配积木一样组合它们。例如，采用几个高性能的 Cortex-X 核心来处理大型游戏，搭配几个能效均衡的 Cortex-A7xx 核心处理日常任务，再加入几个超低功耗的 Cortex-A5xx 核心来处理后台待机。这就是所谓的 big.LITTLE 或 DynamIQ 技术，可以在高性能和长续航之间取得完美平衡。
  • 例如: 高通的骁龙、联发科的天玑、三星的 Exynos 芯片，其内部的 CPU 核心都来自 ARM 的 Cortex-A 系列授权。

• GPU 核心 (芯片的“视觉艺术家”):

  • Mali 系列 / Immortalis 系列: 这是 ARM 自家的图形处理器（GPU）蓝图，专门负责处理游戏画面、用户界面渲染和视频播放。最新的 Immortalis GPU 还支持硬件级光线追踪，能带来更逼真的游戏画面。
  • 例如: 很多联发科和三星的芯片就直接使用了 ARM 的 Mali GPU。

• NPU 核心 (芯片的“AI 专家”):

  • Ethos 系列: 这是专门为人工智能（AI）和机器学习（ML）任务设计的神经网络处理器（NPU）。它能高效处理语音识别、图像美化、AI 拍照等任务，同时比用 CPU 来处理这些任务要省电得多。

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2. 系统 IP 和互联技术（厨房的“工作台”和“流水线”）

只有“主菜”是不够的，还需要将它们高效地连接和管理起来，才能组成一个完整的芯片（SoC - System on a Chip，片上系统）。

• 互连总线 (AMBA / CoreLink): 这就像芯片内部的“高速公路”和“立交桥”，负责让 CPU、GPU、内存控制器和其他组件之间能够快速、有序地通信，确保数据流畅传输。
• 内存控制器: 管理芯片与手机内存（RAM）之间的数据交换。
• 安全控制器 (TrustZone): 提供一个硬件级的安全隔离区，用于处理指纹支付、密码、加密密钥等敏感信息，确保它们不被恶意软件窃取。

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3. ARM 指令集架构（ISA）授权（烹饪的“语法”和“规则”）

这是最基础、最根本的资源。指令集架构（ISA）定义了软件如何与处理器进行“对话”。

• 共享的生态系统: ARM 的指令集（如 ARMv8, ARMv9）是统一的。这意味着，无论是高通、联发科还是三星设计的芯片，只要它们都遵循 ARM 的指令集，那么安卓操作系统和成千上万的 App 开发者只需要编写一次代码，就能在所有这些不同品牌的手机上运行。这是 ARM 生态系统成功的基石。
• 不同级别的授权:
  • 核心授权: 大部分厂商（如联发科）直接购买现成的 Cortex-A 核心来使用。
  • 架构授权: 像苹果和高通（部分高端系列）则获得了更高级别的“架构授权”。这意味着他们可以不直接使用 ARM 设计的 Cortex 核心，而是遵循 ARM 的指令集规则，自行设计出性能更独特的 CPU 核心（例如苹果的 A 系列仿生芯片）。这好比大厨不仅用了菜单上的食材，还根据秘方原理，自己创造了一道全新的菜式。

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4. 开发工具和软件（全套“厨具”和“食谱”）

ARM 提供了一整套软件和硬件开发工具，帮助客户更轻松地将上述所有“蓝图”变成现实。

• 编译器和调试器: 帮助工程师编写和测试底层软件。
• 性能分析工具: 可以在芯片实际生产出来之前，在电脑上模拟其运行状况，帮助工程师进行性能优化和功耗分析，从而缩短开发周期、降低成本。

总结

资源类别	具体内容	通俗比喻
核心处理器 IP	Cortex-A (CPU), Mali (GPU), Ethos (NPU) 等设计蓝图	菜单上的主菜（牛排、龙虾、鱼子酱）
系统 IP	互连总线、内存控制器、安全技术 (TrustZone)	厨房工作台和流水线
指令集架构 (ISA)	ARMv8, ARMv9 等软件与硬件的沟通规则	烹饪的通用语言和语法规则
开发工具	编译器、模拟器、性能分析软件	全套高级厨具和详细食谱

通过提供这样一整套灵活、全面、标准化的资源，ARM 让手机厂商可以专注于自己擅长的领域（如通信基带、影像算法、系统优化等），而无需从零开始设计复杂的处理器核心，极大地推动了移动芯片行业的创新和发展。

 

ARM公司相当于手机芯片的“核心设计供应商”，它们不直接生产芯片，而是把设计好的“蓝图”和“关键部件”授权给高通、联发科、苹果、三星等芯片公司。这些公司再基于ARM的设计制造出手机处理器（比如骁龙、天玑、A系列、Exynos芯片）。可以说，没有ARM，就没有现代智能手机。

以下是用通俗方式解释ARM提供给手机厂商的核心技术和产品：

1. “大脑”的设计蓝图（CPU 核心架构授权）：

   • 通俗解释： ARM设计好了手机处理器“大脑”（CPU）的基本构造和工作原理，就像设计好了发动机的核心图纸。这些设计有不同档次：

     • “顶级性能大脑”蓝图 (Cortex-A7xx / Cortex-X 系列)： 比如 Cortex-A78, A710, A715, X1, X2, X3, X4。这些是旗舰手机里负责运行大型游戏、复杂应用、多任务处理的“主力大脑”，性能最强，但也相对耗电。

     • “均衡省电大脑”蓝图 (Cortex-A5xx 系列)： 比如 Cortex-A55, A510, A520。这些是负责处理后台任务、简单应用（听音乐、看消息）、待机等日常工作的“小助手”，非常省电。

     • “超大核大脑”蓝图 (Cortex-X 系列)： 这是“顶级性能大脑”里的特别加强版，专为极限性能需求（比如游戏最高画质、瞬间爆发任务）设计的“肌肉男”，性能顶尖，但也最耗电。

   • 具体作用： 芯片公司（如高通、联发科）拿到这些“蓝图”，可以决定在自己的芯片里放几个“顶级大脑”、几个“省电小助手”、几个“超大核肌肉男”，以及如何组合它们（这就是常说的“大小核”或“三丛集”架构）。

2. “图形处理专家”的设计（GPU 图形处理器架构授权 - Mali）：

   • 通俗解释： ARM还设计了专门负责处理画面、图形、游戏特效的“图形专家”（GPU），叫做 Mali 系列（如 Mali-G78, G710, G720）。它决定了手机玩游戏、看高清视频、界面动画是否流畅、画面是否精美。

   • 具体作用： 芯片公司同样可以授权不同性能级别的 Mali GPU 设计，集成到自己的处理器中。GPU 的性能对游戏体验至关重要。

3. “神经系统”的设计（互连技术和总线）：

   • 通俗解释： 光有“大脑”和“图形专家”还不够，它们之间、以及与内存、存储、摄像头等其他部件之间需要高速“信息高速公路”来沟通。ARM设计了这些“高速公路”的规则和核心部件（如 CoreLink 互连技术、AMBA 总线协议）。

   • 具体作用： 确保CPU、GPU、内存、传感器等所有部件能快速、高效地交换数据，让手机整体运行流畅不卡顿。这相当于芯片内部的“交通指挥系统”。

4. “预制核心模块”（物理 IP / POP）：

   • 通俗解释： ARM不仅提供“蓝图”，还提供一些已经优化好的、可以直接拿来用的“预制核心部件”。这就像是提供已经调试好的发动机核心缸体，芯片公司可以直接用，省去了自己从头设计的麻烦，也能保证性能和能效达到最佳。

   • 具体作用： 对于追求快速上市或保证特定性能/功耗目标的芯片公司来说，直接用 ARM 优化好的物理设计模块更高效可靠。

5. “开发工具包”（软件开发工具和生态系统）：

   • 通俗解释： ARM提供各种软件工具（编译器、调试器、模拟器）和标准（如 ARMv8-A, ARMv9-A 指令集架构）。这就像是提供统一的“发动机操作手册”和“维修调试工具”。

   • 具体作用：

     • 让安卓系统、APP开发者能更容易地编写出在所有ARM芯片手机上都能高效运行的软件。

     • 让芯片公司能更方便地测试和优化自己的芯片设计。

     • 统一的指令集保证了软件兼容性，安卓系统就是基于ARM指令集构建的。

总结一下ARM对手机厂商的价值：

• 手机厂商（如小米、OPPO、vivo、三星、苹果） 买的手机芯片（骁龙、天玑、Exynos、A系列）里，最核心的CPU和GPU部分的设计都来自于ARM的授权。

• 芯片公司（如高通、联发科、三星、苹果） 是ARM的直接客户，他们购买ARM的CPU/GPU设计蓝图、互连技术、物理IP等，然后整合这些技术（通常还会加入自己的独家技术，比如高通的GPU、AI引擎、基带），设计出完整的手机处理器（SoC），再卖给手机厂商。

• ARM的角色： 是整个智能手机生态的基石，提供了处理器最核心、最通用部分的设计。它让芯片公司可以专注于差异化创新和系统整合，让手机厂商有高性能、低功耗的芯片可选，让软件开发者有统一的平台。

所以，当你用手机流畅地玩游戏、刷视频、切换应用时，你正在使用的处理器核心，其“灵魂”就来自于ARM的设计。 它虽然不直接出现在消费者面前，但却是现代智能手机不可或缺的幕后英雄。

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 授权模式

• 架构授权（如苹果、华为、高通）

  • 可基于ARM指令集自主设计CPU（如苹果A系列、华为麒麟、高通Kryo）。

• 核心授权（如联发科、三星）

  • 直接使用ARM公版Cortex-A/X/M核。

• 物理IP授权

  • 提供工艺优化的芯片底层实现。

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典型应用案例

• 高通骁龙：ARM Cortex-X/A核 + 自研Adreno GPU + ARM互联IP。

• 苹果A/M系列：ARM指令集 + 完全自研CPU/GPU。

• 联发科天玑：ARM Cortex-X/A核 + Mali/Immortalis GPU。

• 华为麒麟：ARM Cortex-A核（早期） + 自研NPU + Mali GPU（受限后转向自研架构）。

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总结

ARM是移动芯片的“基石”，提供从CPU/GPU设计到物理实现的全套解决方案。手机厂商通过不同层级的授权，结合自研技术（如GPU/NPU）或第三方IP（如Imagination GPU），打造差异化芯片。

 

当手机厂商（如小米、OPPO、vivo等）获得ARM授权后，其实只是迈出了第一步。接下来它们要完成的是一个复杂的「芯片制造流水线」，整个过程就像造一辆高性能跑车：ARM提供了发动机设计图，但厂商还需要造底盘、装变速箱、调校性能，最后组装成整车。以下是通俗详解：

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步骤1：挑选“发动机型号”（选择ARM核心设计）

• 动作：
  从ARM产品目录中挑选合适的CPU/GPU设计组合，例如：

  • 性能旗舰机：1个Cortex-X4超大核 + 3个Cortex-A720大核 + 4个Cortex-A520小核 + Mali-G720 GPU

  • 中端机：4个Cortex-A78大核 + 4个Cortex-A55小核 + Mali-G610 GPU

• 关键决策：平衡性能与功耗，类似决定跑车用V8还是V6发动机

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步骤2：设计“整车架构”（芯片系统集成）

厂商需要把ARM核心变成完整芯片（SoC），这就像把发动机装进车架：

组件	功能说明	需添加的“零件”
基带芯片	5G/4G信号收发器	自研或采购高通/联发科基带
AI引擎	拍照优化、语音助手	增加NPU神经网络单元（如小米澎湃C1）
影像处理器	摄像头图像处理	自研ISP芯片（如vivo V系列）
内存通道	连接内存的“高速公路”	设计LPDDR5X/LPDDR6控制器
充电模块	快充支持	集成快充协议芯片（如OPPO VOOC）

案例：小米澎湃P1快充芯片 + ARM Cortex-X2 = 120W快充的骁龙8 Gen1手机

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步骤3：委托“代工厂生产”（芯片制造）

手机厂商自己不建芯片工厂，而是找半导体代工巨头生产：

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graph LR
A[手机厂商设计芯片] --> B[台积电/三星代工]
B --> C[光刻机刻蚀电路]
C --> D[切割晶圆成芯片]
D --> E[测试封装]

• 典型成本：一片5nm芯片代工费约1.5万美元（相当于一辆Model 3）

• 周期：从下单到量产需6-12个月

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步骤4：“实车测试”（调试与优化）

芯片生产后还不能直接用，需进行三大测试：

1. 性能调校：

   • 测试游戏帧率（如《原神》60帧稳定性）

   • 限制发热：设定温度墙（如45℃降频）

2. 兼容性验证：

   • 测试200+款APP是否闪退

   • 调试摄像头模组（如三星2亿像素传感器）

3. 续航优化：

   • 小核调度策略（微信后台用A520小核）

   • 夜间待机功耗（目标<0.5W/小时）

⚡ 真实场景：某厂商发现《王者荣耀》团战卡顿 → 调整GPU频率曲线 → OTA推送更新

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步骤5：“量产上市”（装入手机）

最终把芯片“塞”进手机主板：

环节	关键动作	成本占比
主板贴片	SMT机器焊接芯片到电路板	15%
散热组装	覆盖VC均热板+石墨烯（如小米环形冷泵）	8%
系统适配	安卓系统深度定制（如ColorOS对天玑芯片优化）	20%
量产爬坡	富士康工厂月产100万台	50%

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行业现状：三种合作模式

1. 完全自研模式（苹果/华为）：

   • 买ARM架构授权 → 自主设计CPU核心（如A16/麒麟9000）

   • 成本：研发投入超50亿美元，但性能领先

2. 半自研模式（小米/vivo/OPPO）：

   • 用ARM公版核心 → 自研影像/充电模块 → 找代工生产

   • 代表：小米澎湃G1电源芯片、vivo V3影像芯片

3. 直接采购模式（多数厂商）：

   • 跳过芯片设计 → 直接买高通/联发科成品芯片（如骁龙8 Gen3）

   • 优势：节省3年研发时间，快速上市

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为什么厂商争相自研芯片？

1. 性能话语权：苹果A芯片比安卓快30%的根源在自研架构

2. 差异化竞争：

   • 华为麒麟芯片 → 信号强

   • vivo V系列 → 人像拍照领先

3. 成本控制：

   • 骁龙芯片$160/片 vs 自研芯片$90/片（百万量级）

4. 避免卡脖子：华为被制裁后的教训

数据洞察：自研芯片手机毛利可达40%，而用高通芯片仅25%。这就是为什么小米10年投入100亿做澎湃芯片，OPPO重启“马里亚纳”计划——芯片是手机行业的终极护城河。