De eerste ARM-chip, oorspronkelijk de Acorn RISC Machine genoemd (later hernoemd naar Advanced RISC Machine), werd ontwikkeld door een geavanceerd onderzoeks- en ontwikkelingsteam bij Acorn Computers, een toonaangevende Britse microcomputerfabrikant in de jaren ’80. Acorn speelde een belangrijke rol in de Britse computerindustrie en werd bekend door zijn samenwerking met de British Broadcasting Corporation (BBC) voor de ontwikkeling van de BBC Microcomputer. Dit systeem, gelanceerd in 1982, werd een groot succes in het Verenigd Koninkrijk en werd breed ingezet in onderwijsinstellingen. De BBC Micro gebruikte een 8-bits 6502-processor van Rockwell, dezelfde chip die de Apple II aandreef. Dit systeem bood kleurengraphics en had een geheugen van 32 kB RAM, waarbij gegevens konden worden opgeslagen op audiocassettes of externe diskettestations.
Het Ontstaan van de Eerste ARM-Processor
In 1983 begon Acorn met de ontwikkeling van wat later de ARM-processor zou worden. Twee belangrijke ingenieurs binnen Acorn, Steve Furber en Roger Wilson, waren betrokken bij het ontwerp, terwijl Robert Heaton leiding gaf aan de VLSI-ontwerpgroep. Het team had als doel een krachtige en efficiënte 32-bits RISC-processor te ontwikkelen die zowel eenvoudig te ontwerpen als goedkoop te produceren was.
Belangrijke ontwerpkeuzes waren onder andere:
- Een vaste instructielengte, wat de verwerking versnelde en de decoderingscomplexiteit verlaagde.
- Een load/store-architectuur, waarbij instructies alleen data uit het geheugen halen of naar het geheugen schrijven via registers.
- Eenvoudige instructies met minimale transistorgebruik, om de kosten en energieverbruik laag te houden.
De eerste ARM-chip, de ARM1, werd in april 1985 geproduceerd door VLSI Technology. Opmerkelijk was dat deze eerste siliciumimplementatie direct werkte en slechts 25.000 transistors bevatte, aanzienlijk minder dan concurrerende processoren uit die tijd. De chip werd geproduceerd met een 3µm lithografieproces.
Verbeteringen en De ARM2
Het succes van de ARM1 leidde tot verdere optimalisaties. De volgende generatie, ARM2, introduceerde belangrijke verbeteringen:
- Multiply- en Multiply-Accumulate-instructies, die digitale signaalverwerking verbeterden, essentieel voor multimedia-toepassingen.
- Een coproccessor-interface, waarmee uitbreidingen zoals een zwevendekomma-eenheid (FPU) mogelijk werden.
Ondanks deze verbeteringen bleef de ARM2 klein en efficiënt. De processor had slechts 30.000 transistors, waardoor hij minder energie verbruikte dan concurrenten zoals de Motorola 68000 of Intel 80386.
Acorn, Archimedes en de Markt
In 1985 kwam Acorn in financiële problemen, wat leidde tot een overname door het Italiaanse bedrijf Olivetti. Op dat moment was de ARM-processor al grotendeels ontwikkeld, maar Acorn had moeite om een volledig systeem te ontwerpen en op de markt te brengen. Pas in 1987 werd de Acorn Archimedes gelanceerd, de eerste commerciële computer met een ARM2-processor op 8 MHz, samen met ondersteunende chips zoals de MEMC, VIDC en IOC.
Hoewel de Archimedes technisch geavanceerd was, had hij moeite om door te breken in de markt. Dit kwam deels doordat de IBM-PC-standaard de dominante kracht werd in de computerindustrie, en Acorn een geheel eigen ecosysteem introduceerde zonder compatibiliteit met bestaande software.
Verdere Ontwikkeling: ARM3 en ARM2aS
Ondanks de langzame marktadoptie bleef Acorn investeren in de ARM-architectuur. Dit leidde tot de ontwikkeling van ARM3 in 1989, met verbeteringen zoals:
- Een 4 KB on-chip cache voor snellere gegevensverwerking.
- Een verhoogde kloksnelheid van 25 MHz, wat de prestaties aanzienlijk verbeterde.
Daarnaast werd een statische versie van de ARM2, de ARM2aS, ontwikkeld, die extreem laag energieverbruik had. Dit maakte de chip ideaal voor draagbare apparaten en handhelds, hoewel commerciële implementatie van deze categorie destijds beperkt bleef.
ARM Ltd: Een Nieuwe Strategie
Begin jaren ’90 begon de ARM-architectuur aandacht te trekken van internationale technologiebedrijven. In 1990 werd ARM Ltd opgericht als een gezamenlijke onderneming tussen Acorn Computers, Apple en VLSI Technology. Apple toonde interesse vanwege plannen voor een nieuwe generatie handheld-apparaten, wat later de Apple Newton zou worden.
ARM Ltd verlegde de focus naar het licenseren van zijn processorontwerpen in plaats van zelf chips te fabriceren. Dit bleek een briljante zet, aangezien bedrijven zoals Nokia, Texas Instruments en Samsung ARM-technologie begonnen te gebruiken in mobiele apparaten.
De Wereldwijde Opkomst van ARM
Sinds de oprichting van ARM Ltd is de architectuur uitgegroeid tot een wereldstandaard. Enkele belangrijke mijlpalen:
- 1993: Sharp werd een van de eerste Aziatische fabrikanten die ARM-chips produceerde.
- 2000s: ARM-chips werden dominant in mobiele telefoons en embedded systemen.
- 2010s: De architectuur werd steeds vaker gebruikt in servers en datacenters, vooral door de focus op energie-efficiëntie.
- 2020s: ARM-chips werden steeds sterker in de desktop- en laptopmarkt, zoals te zien bij de introductie van de Apple M1- en M2-processors.
Conclusie: De Evolutie van ARM
Wat begon als een bescheiden ontwerp binnen een klein Brits bedrijf, is uitgegroeid tot een van de meest invloedrijke processortechnologieën ter wereld. ARM’s lage stroomverbruik, hoge prestaties en schaalbaarheid hebben het de voorkeurskeuze gemaakt voor miljarden apparaten, van smartphones en tablets tot servers en supercomputers.
Met de recente ontwikkelingen zoals ARMv9, AI-geoptimaliseerde chips en de opkomst van ARM in de cloudmarkt, lijkt de toekomst van ARM rooskleuriger dan ooit. Wat begon als een project voor de Acorn Archimedes heeft de wereld van de halfgeleidertechnologie voorgoed veranderd.
