Breve Histórico da ARM

De fato, cada dia que passa mais se ouve falar em tecnologias ARM. Com a impressionante marca de 95 bilhões de chips produzidos até hoje, os processadores ARM seguem imponentes em vários ramos, dos smartphones aos supercomputadores. Segundo a empresa, as tecnologias ARM atingem cerca de 80% da população mundial. Atualmente, mais de 45 milhões de chips ARM são vendidos por fabricantes licenciados. No ano de 2015 foram fabricados em torno de 14,9 bilhões de dispositivos enquanto que em 2016 essa marca atingiu 16,7 bilhões! Cabe destacar que a ARM licencia suas arquiteturas para seus parceiros comerciais, totalizando cerca de 1400 licenças vendidas para mais de 450 parceiros.

 

 

Histórico da ARM

 

Hoje comum na área de sistemas embarcados, o núcleo ARM teve o ponta pé inicial em 1980. Nessa época, a empresa britânica Acorn Digital Computers foi contratada para desenvolver um projeto para British Broadcast Corporation (BBC). Tal projeto envolvia o desenvolvimento de uma nova arquitetura para o microcomputador chamado BBC Computer Literacy Project (Figura 1).

 

Projeto BBC Computer Literacy.
Figura 1: Projeto BBC Computer Literacy. Fonte.

 

O projeto foi desenvolvido com sucesso e determinou os primeiros passos para criação de um novo processador comercial. É importante destacar que esse novo projeto foi influenciado pelo conceito de arquitetura RISC desenvolvido em Berkley – O conceito RISC estava se consolidando. O resultado disso foi o nascimento do processador Acorn RISC Machine (ARM). A primeira versão desse processador foi chamada de ARM-1 e começou a ser comercializada em 1985 – O ARM-1 possuía cerca de 25 mil transistores. Ainda em 1985, a Acorn lançou o ARM-2, apresentando mais funcionalidades e maior desempenho para o mesmo tamanho do die (bloco de material semicondutor - circuito integrado). O ARM foi utilizado com sucesso, em 1987, no computador chamado Acorn Archimedes. Na Figura 2 é mostrado o die do AMR-1. Você pode conferir a operação do hardware neste site. Vale a pena conferir!

 

Visão interior do ARM-1.
Figura 2: Visão interior do ARM-1. Fonte.

 

Já em 1989, o ARM3 foi lançado com melhorias significativas, podendo operar a 25 MHz. Em todo esse período, os chips foram fabricados pela empresa VLSI Technology. Além disso, a VLSI tinha licença para comercializar os chips por conta própria. O resultado disso? Outras empresas também começaram a usar os chips ARM, principalmente, em sistemas embarcados.

 

De modo geral, o ARM sempre apresentou modelos com alta velocidade, die pequeno e baixo consumo. Essas características possibilitaram o crescimento do ARM na área de sistemas embarcados. Contudo, naquela época a Acorn não planejava realizar modificações ou novos projetos para essa área de aplicação. Mas, isso não impediria o crescimento do ARM. Devido ao sucesso do Acorn Archimedes e do crescente interesse por microprocessadores RISC, a empresa Apple Computers requisitou a Acorn para desenvolver um processador para o projeto do Apple Newton. Nesse momento, nasce a parceria de três empresasAcorn, VLSI e Apple, criando a empresa Advanced RISC Machine, ou ARM Ltd. É importante destacar que o crescimento da ARM também é marcado pela relação com outras empresas, principalmente, pela sua postura de cooperação.

 

Histórico da ARM - Matéria sobre a união das empresas para forma a ARM Ltd.
Figura 3: Matéria sobre a união das empresas para forma a ARM Ltd.

 

Nos seus primeiros passos a ARM alterou o ARM3, que foi chamado de ARM6. Posteriormente, várias famílias foram criadas para atingir os segmentos de sistemas embarcados de tempo real, plataformas de aplicação e segurança. O projeto de grande sucesso ocorreu 1994 com o lançamento do ARM7. Esse período foi marcado pela revolução de dispositivos mobile. Nessa época, o ARM7 foi utilizado em larga escala, principalmente no celular com tecnologia GSM chamado Nokia6110. Devido a isso, o ARM7 tornou-se uma referência nesse segmento e se consolidou definitivamente. Após esse período a arquitetura continuou evoluindo e se consolidaram como modelos clássicos: ARM7™, ARM9™ e ARM11™. Atualmente, o processador mais vendido no mercado tem como core o clássico ARM7TDMI®, alcançando a marca de mais de 1 bilhão de dispositivos.

 

Venda de dispositivos baseados no ARM7
Figura 4: Venda de dispositivos baseados no ARM7. Fonte.

 

Essas arquiteturas clássicas continuam sendo utilizadas e juntas totalizam cerca de 20 bilhões de dispositivos. Abaixo são listados as famílias e dispositivos que continuam sendo licenciados:

  • ARM7 - Processadores ARM7TDMI-S™ e ARM7EJ-S™;
  • ARM9 - Processadores ARM926EJ-S™, ARM946E-S™ e ARM968E-S™;
  • ARM11 - Processadores ARM1136J(F)-S™, ARM1156T2(F)-S™, ARM1176JZ(F)-S™ e ARM11™ MPCore™.

 

Em 2004, uma mudança significativa ocorreu com o lançamento da arquitetura ARMv7. Nesse período, a ARM diversificou seu portfólio de dispositivos com foco em aplicações industriais, criando a família Cortex, dedicada aos segmentos de aplicação, tempo real, críticos e sistemas embarcados de modo geral.

 

Já em 2016, o grupo SoftBank anunciou a compra da ARM. Essa matéria foi publicada no Embracados e pode ser conferida neste link. Veja o vídeo abaixo e confira os planos da ARM para um futuro não tão distante.

 

 

 

Tecnologias ARM

 

Desde sua criação, a arquitetura ARM passou por diversas modificações com objetivo de atender a demanda de mercado, principalmente em relação às funcionalidades requisitadas. Além da evolução da arquitetura, várias extensões foram criadas para atender segmentos específicos:

  • Security (TrustZone® technology);
  • Advanced SIMD (NEON™ technology);
  • Virtualization, presente a partir da arquitetura ARMv7-A;
  • Cryptographic, presente a partir da arquitetura ARMv8-A.

 

Breve Histórico da ARM - Evolução da arquitetura ARM.
Figura 5: Evolução da arquitetura ARM.

 

Como dito anteriormente, o ARM sempre apresentou modelos com alta velocidade, die pequeno e baixo consumo. Outra característica notável é o equilíbrio entre esses requisitos e sua capacidade de criar códigos compactos que tiram proveito do seu conjunto de instruções. Também é importante destacar que a ARM produz seus processadores com conjunto de instruções iguais. Isso possibilita ao menos uma certa compatibilidade entre as famílias. Além disso, todos os processadores são desenvolvidos seguindo um modelo de arquitetura, conforme sua área de aplicação:

  • A: alto desempenho, geralmente usado em aplicações mobile e plataformas;
  • R: tempo real, aplicado em sistemas embarcados de segmentos automotivos e de controle industrial;
  • M: microcontrolador, mercado diverso que abrange desde sistemas críticos, tempo real e desempenho.

 

A última arquitetura lançada foi a ARMv8, com as seguintes variantes:

 

Linha A: Agora com suporte à arquitetura de 64 bits (AArch64) além da de 32 bits (AArch32).

 

Dispositivos da Linha A.
Figura 6: Dispositivos da Linha A.

 

O futuro dos processador Cortex-A será marcado pela tecnologia DynamicIQ, atendendo as necessidades atuais de poder computacional para aplicações de inteligência artificial, computação ubíqua e sistemas autônomos.

 

Linha R: As novas funções incluem memória determinística, unidade de proteção de memória (MPU), e suporte ao conjunto de instruções A32 e T32.

 

Dispositivos da Linha R.
Figura 7: Dispositivos da Linha R.

 

Linha M: Para sistemas embarcados de baixo custo, baixa latência no processamento de interrupções. Novo modelo de tratamento de exceções e suporte ao conjunto de instruções T32. Com destaque para os novos dispositivos Cortex®-M23 e Cortex-M33, esses dispositivos já foram anunciados publicamente pelas empresas Analog Devices, Microchip, Nuvoton, NXP, Renesas, Silicon Labs eSTMicroelectronics. São dedicados para aplicações de baixo custo e baixo consumo de energia, além das características de segurança para o segmento de IoT (Internet of Things).

 

Dispositivos da Linha M.
Figura 8: Dispositivos da Linha M.

 

Em comparação com a linha Cortex-M3 and Cortex-M4, o Cortex-M33 apresenta desempenho 20% maior e também é mais eficiente no consumo de energia. Já o Cortex-M23 mantém as características do Cortex-M0+ e adiciona novas funcionalidades relacionadas à segurança.

Licença Creative Commons
Breve Histórico da ARM por Fernando Deluno Garcia. Esta obra está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.
Fascinado por computação, especialmente na interface entre hardware e software, me engajei na área de sistemas embarcados. Atuo com desenvolvimento de sistemas embarcados e sou docente da Faculdade de Engenharia de Sorocaba.
  • Jonathan Gonzaga

    Cara, seu artigo veio na hora certa pra mim hehe.
    Tenho um trabalho da faculdade para o mês que vem
    e será justamente sobre a história da ARM.
    Posso utilizá-lo como referência?

    • Fernando Deluno Garcia

      Olá, Jonathan.

      Fique à vontade. Recomendo também acessar o fórum da ARM, pois tem bastante material.