اگر نام معماری پردازندهای را که قلب تپنده تلفنهای هوشمند، کنسولهای بازی و دستگاههای بانکی را میزند حدس بزنید، شاید ناخودآگاه نام غولهای سیلیکون ولی را برد برزید. پاسخ اما ریشههایی بسیار متفاوت دارد: بیش از 130 میلیارد دستگاه فعال در سراسر جهان به معماری یک شرکت کوچک کامپیوتری در بریتانیا، یک برنامه تلویزیونی آموزشی و تیمی متشکل از چند مهندس جوان وابستهاند که اولین نسخه سیلیکونی خود را بدون حتی یک خطا تست کردند.
این روایتِ شکلگیری شرکت آکورن، پردازنده ARM1 و آغازی است که سرنوشت صنعت فناوری این کشور را برای همیشه تغییر داد.
آغازی تلویزیونی، نه یک آزمایشگاه
داستان معماری ARM در سال 1982 و دور از میزهای طراحی مهندسان آغاز شد. شبکه تلویزیونی بیبیسی سریال آموزشی The Computer Programme را پخش کرد تا به شهروندان بریتانیایی توضیح دهد که دستگاههایی که شبیه ماشینهای تایپ به تلویزیون متصل شدهاند، دقیقاً چه کاربردی دارند. این برنامه در واقع بخشی از یک طرح ملی دولت بریتانیا برای آموزش سواد رایانهای بود که هدفش جای دادن یک سیستم پردازنده مدرن در هر کلاس درس کشور را میداشت.
کامپیوتری که برای اجرای این ماموریت انتخاب شد، BBC Micro نام گرفت. برنده مناقصه تولید و ساخت این دستگاه، استارتاپی کمبریجی به نام Acorn Computers بود که در سال 1978 توسط کریس کوری و هرمان هائوسر پایهگذاری شده بود.
استراتژی طراحی پردازنده اختصاصی
استفاده گسترده BBC Micro در مدارس بریتانیا، جایگاه آکورن را به سرعت تثبیت کرد. اما تا اواسط دهه 80 میلادی، مهندسان این شرکت با چالش جدیدی روبرو شدند: نیاز به پردازندهای قدرتمندتر برای نسل جدید میکروکامپیوترها. به جای تکیه بر عرضهکنندگان سختافزار خارجی، آکورن تصمیم گرفت معماری پردازنده خود را طراحی کند.
این تصمیم سرنوشتساز به تیمی دو نفره به نامهای سو فیلسون و استیو فوربر سپرده شد. آنها وظیفه پیادهسازی ARM1 را بر عهده داشتند. پردازنده ARM1 برای اجرای بهینه دستورالعملهای برنامههای کاربردی آن دوران، مانند پردازش متن، محاسبات جدولگسترده و رندر گرافیکهای ساده بهینهسازی شده بود. فلسفه طراحی زیربنای ARM بر پایه سادهسازی و کارایی به حداکثر رساندن حجم دستورات بود که مسیر را برای پیادهسازی اصول معماری RISC هموار کرد.
موفقیت در اولین تلاش و تولد تراشه ARM1
لحظهای که امروز در تاریخ مهندسی کامپیوتر ثبت شده، در آوریل 1985 رقم خورد. اولین نسخه سیلیکونی ARM1 تولید شد و در اولین تست عملکردی، بدون خطا کار کرد. برای یک تیم طراحی تراشه، موفقیت در اولین بار یک دستاورد غیرمعمول محسوب میشود. سال 2025، سالگرد تولد این تراشه و آزمون 40 ساله آن بر بازارهای جهانی است.
نسخه ARM1 به عنوان یک طرح تجاری عمر کوتاهی داشت و به سرعت توسط نسخه ارتقایافته ARM2 جایگزین شد. ARM2 با افزودن سختافزار محاسباتی، پتانسیل واقعی معماری جدید را اثبات کرد و به عنوان مغز متفکر کامپیوتر شخصی Acorn Archimedes در سیستمهای واقعی به کار رفت.
از بحران مالی تا تأسیس رسمی شرکت ARM
در همین حال که مهندسان روی هسته ARM2 تمرکز داشتند، آکورن با چالشهای شدید مالی روبرو شد. در میانه دهه 80، گروه اولیوتی اقدام به خرید این شرکت کرد. هرچند هرمان هائوسر به عنوان معاون تحقیقات اولیوتی منصوب شد، اما زودتر از آن از این سمت جدا شد. در این دوران پرتلاطم، سو فیلسون و استیو فوربر به کار خود ادامه دادند.
فصل بعدی کتاب فناوری در نوامبر 1990 با تأسیس شرکت ARM لیمیتد آغاز شد. این پروژه مشترک حاصل همکاری سه پیمانکار شد: آکورن، اپل کمپوتر و شرکت VLSI Technology. تیم طراحی جدید که توسط 12 مهندس برتر معماری ARM هدایت میشد، شامل نامهای زیر بود:
- جیمی اورکارت
- لی اسمیت
- هاری اولدهام
- دیوید سیل
- تودور براون
این تیم بنیانگذار، پایههای شرکتی را نهاد نهاد که بعدها به بزرگترین طراح تراشههای بدون کارخانه در جهان تبدیل شد.
میراث ریزمعماری ARM در دنیای امروز
سفر از یک تیم کوچک در گنبد مرغداریای در کمبریج تا تسلط بر بازار پردازندههای موبایل، الگویی از نوآوری مهندسی است. معماری ARM که زمانی برای یک تلویزیون آموزشی طراحی شده بود، امروزه در قلب پردازندههای آیفون، سامسونگ، کنسولهای بازی و زیرساختهای ابری قرار دارد. تمرکز اولیه بر مصرف انرژی پایین و کارایی بالا، همین ویژگیها را به معیار استاندارد صنعت الکترونیک مصرفی تبدیل کرد.
توسعههای آینده در زمینه سختافزارهای سیستم-روی-تراشه نشان میدهد که چگونه تصمیمات اولیه مهندسان آکورن، هنوز الگوی طراحی برای پردازندههای نسل بعدی خزشگران و سیستمهای هوشمند است.
