BBC Micro (так назвали компьютер впоследствии) имел невероятный успех. Он быстро превратил Acorn в одну из крупнейших технологических компаний Англии. Однако Уилсон и остальные инженеры, конечно же, не расслаблялись. «Мы были молодой компанией: наградой за тяжкий труд был ещё более тяжкий труд». Они взялись за следующую разработку и почти сразу же столкнулись с проблемой. Если точнее, им не нравился ни один из микропроцессоров, с которыми им приходилось иметь дело. Уилсон, Фёрбер и остальные инженеры чувствовали, что при сборке Micro им приходилось жертвовать качеством. «Плата вверх тормашками, электропитание так себе – и подобной ерунды хватало с лихвой». Им не хотелось снова идти на такое чудовищное число компромиссов.
Для работы над следующим компьютером Уилсон предложила сделать многопроцессорную машину и оставить свободный слот для второго процессора: таким образом они могли бы экспериментировать до тех пор, пока не найдут подходящий вариант. Микропроцессоры в те времена были процветающим бизнесом; на коммерческом рынке господствовали IBM и Motorola благодаря высокоуровневым системам, а Беркли и Стэнфорд тем временем исследовали RISC. Опыты со вторым слотом привели к ключевому открытию: «Сложные процессоры, которые все нахваливали как самые подходящие для высокоуровневых языков, были, конечно, замечательными, но простые работали быстрее», – говорит Уилсон.
Затем Стэнфорд, Беркли и IBM рассекретили первые исследовательские работы по RISC, и у Уилсон появились новые идеи. Примерно в то же время команда Acorn отправилась в научную командировку в компанию Phoenix, разработавшую процессор, который они использовали.
«Мы ожидали увидеть громадное здание, в котором работает множество инженеров, – припоминает Уилсон. – Но вместо этого нас встретила пара одноэтажных домиков на городской окраине с двумя ведущими инженерами и группкой школьников».
У Уилсон было смутное ощущение, что RISC – это их шанс, но она предполагала, что изобретение нового микрочипа требует солидного исследовательского бюджета. Она сказала: «Слушайте, если эти парни смогли разработать микропроцессор, тогда и мы сможем». Позже компания Acorn выпустила свой собственный центральный процессор RISC, основной характеристикой которого стала производительность – ровно то, чего они и добивались.
«Нам повезло, что всё так удачно сложилось, и те исследовательские труды были опубликованы примерно в то же время, когда мы отправились в Phoenix, – говорит Уилсон. – И ещё нам повезло с Германом. Герман обеспечил нам два фактора, которых были лишены сотрудники и Intel, и Motorola: отсутствие ресурсов и отсутствие людей. Так что нам пришлось собирать микропроцессор самым простым из всех возможных способов, и, наверное, именно поэтому нас ждал успех».
Была на их стороне ещё одна вещь, которая позволила им оторваться от конкурентов: ум Софи Уилсон. Набор инструкций ARM «по большей части сформировался у меня в голове – каждый ланч мы со Стивом спускались в паб, где встречались с Германом, и все вместе обсуждали, чего мы добились, что получилось, на что похож набор инструкций, какие решения нам стоит принять». Важным оказалось то, что они убедили своего босса, что смогут сделать всё то же самое, что Беркли и IBM, и соберут собственный центральный процессор, говорит Уилсон, а также они убедили и самих себя. «Мы могли бы засомневаться, но он [Герман], слушая нас, обрёл веру в то, что мы знаем, о чём идет речь».
К тому времени центральные процессоры стали уже намного сложнее, чем смогло бы оценить большинство непрофессионалов, хотя, конечно, те процессоры были в разы проще сегодняшних субатомных и набитых транзисторами микрочипов. Всё же примечательно, что дизайн микропроцессора, которому предстояло лечь в основу чипа, питающего iPhone, появился просто в ходе обдумывания.
Мне стало любопытно, как обычные пользователи могли бы увидеть и ощутить весь этот процесс, и я попросил Уилсон рассказать о нём подробнее.
«Первым делом создаёшь у себя в голове воображаемый набор инструкций, – говорит она. – Рисуешь набор инструкций, который тебе хорошо понятен и который делает то, что ты хочешь». А затем начинаешь обсуждать идеи со своим напарником. «Я вываливала всё, что задумала, а Стив затем пытался понять, каким образом можно реализовать набор инструкций. Так что мне не стоило придумывать такие наборы инструкций, которые он не мог бы реализовать. Между нами постоянно происходил продуктивный обмен, когда мы выискивали инструкцию достаточно сложную, чтобы радовать меня как программиста, и достаточно простую, чтобы радовать его как разработчика микроархитектуры. И достаточно компактную, чтобы увидеть, как мы можем заставить её работать и испытать её».
Фёрбер написал архитектуру на языке BBC Basic, сидя за BBC Micro.
«Самый первый ARM был создан на машинах Acorn, – рассказывает Уилсон. – Мы сделали ARM с помощью компьютеров… причём самых простеньких».
Первые ARM-чипы появились в офисе Acorn в апреле 1985 года.
Фёрбер собрал вторую процессорную плату, которая подключалась к компьютеру BBC, и использовал ARM-процессор как вспомогательный компонент. Он отладил плату, однако без центрального процессора он не мог сказать, всё ли верно сделал. Они запустили машину. «На ней работало всё, что и должно было работать, – рассказывает Уилсон. – Мы вывели на экран расчет числа пи и открыли шампанское».
Однако вскоре Фёрбер отвлёкся от празднования: ему ещё нужно было проверить энергопотребление, так как именно оно было ключом к сборке в дешёвых пластмассовых корпусах, которые позволили бы сделать компьютер недорогим. Потребление должно было быть меньше пяти ватт.
Фёрбер сделал две контрольные точки на плате, чтобы замерить текущее потребление – и, как ни странно, обнаружил, что ток вообще не идёт. «Это озадачило его и всех нас, так что мы принялись изучать плату и увидели, что главное устройство питания на пять вольт попросту не подключено к процессору. Плата оказалась недоработанной. Тогда он попробовал замерить ток в устройстве питания, но оказалось, что ток вообще не идёт», – рассказывает Уилсон.
Вот только процессор всё равно работал. Без всякой подпитки.
Как такое возможно? Оказалось, что процессор работал благодаря утечке из ближайшей цепи. «Большой и требующий очень мало энергии, за что сегодня и ценится ARM; а причина, по которой он очутился во всех мобильных телефонах, – чистейшая случайность, – говорит Уилсон. – Его потребление оказалось в десять раз меньше, чем ожидал Стив. Вот он результат того, когда у тебя нет под рукой нужных инструментов».
Уилсон разработала мощный полноценный 32-битный процессор, который потреблял примерно одну десятую ватта.
О центральном процессоре критик Пол Демоне заметил: «он сравним, в хорошем смысле, с более сложными и дорогими разработками, такими как микропроцессор Motorola 68020, который представляет собой произведение искусства». В чипе Motorola содержалось 190 000 транзисторов. В чипе ARM – всего лишь 25 000, но он использовал свою мощь намного более продуктивно и выжимал из своего малого числа транзисторов куда больше производительности.
Чуть позже, продолжая упрощать дизайн, Уилсон и компания создали первую систему на кристалле (СнК), или систему на чипе, «которую Acorn смастерили не задумываясь, не сознавая, что то был очень значимый для всего мира момент». Однокристальная система СнК объединяет все компоненты компьютера на одном кристалле, отсюда и название.
Сегодня СнК очень популярна и используется практически везде. И ваш iPhone не исключение.
RISC-компьютер Acorn был выдающимся достижением. В то время как дела Acorn шли то в гору, то на спад, перспективы ARM разрастались всё шире и шире. В итоге он раскрутился настолько, что в 1990 году перерос в собственную компанию, совместное предприятие Acorn и компании, которую они смогли уже обойти, правда, только в алфавитном списке – Apple. Генеральный директор компании Джон Скалли хотел использовать ARM-чипы в первом мобильном устройстве Apple, в Newton. Через несколько лет, когда Newton совсем зачах, Apple отказалась от участия в предприятии. Но ARM продолжал набирать обороты, в первую очередь благодаря своим энергосберегающим чипам и уникальной бизнес-модели. Именно эта модель, настаивает Уилсон, подарила ARM универсальность.
«ARM обрёл успех по совершенно иной причине, и причина находилась в организации работы компании», – говорит она. Уилсон называет такую организацию «моделью экосистемы»: разработчики ARM создавали новые чипы, тесно сотрудничая с клиентами, имевшими особые запросы, а затем лицензировали конечные разработки, вместо того чтобы продавать их или собирать своими силами. Клиенты покупали лицензии, получая тем самым доступ к каталогу разработок ARM; они могли заказать индивидуальные характеристики, а ARM получить небольшую плату с каждого проданного устройства.
В 1997 году в ARM обратилась Nokia с заказом на сборку чипов для своего классического мобильника 6110, который стал первым сотовым телефоном со встроенным процессором. Он разошёлся на ура, во многом благодаря более совершенному пользовательскому интерфейсу и долгоживущей батарее, на которой работали малозатратные чипы. Да, ну и, кончено же, «Змейке», одной из первых мобильных игр, ставшей настоящим хитом. Если вы пользовались сотовым телефоном на стыке двух веков, то наверняка помните, как играли в «Змейку», стоя в очереди куда-нибудь.
В начале нулевых популярность ARM росла вместе с популярностью мобильных устройств и стала однозначным выбором для наметившегося бума умной электроники.
«ARM – компания, которая снабжает все прочие компании мира и хранит их секреты, – говорит Уилсон. – И партнёры уверены, что ARM сдержит данное слово и останется надёжным партнёром. Такая работа касается интересов каждого».
Так что в итоге получилось не одно, а два изобретения: мощный, производительный и малозатратный чип плюс построенная на сотрудничестве и лицензиях бизнес-схема, – именно они помогли ARM влиться в поток широкого потребления, обогнав даже Intel. Но про Intel вы наверняка слышали, а вот про ARM, скорее всего, нет.