ARM アーキテクチャ 初プロセッサ

ARM アーキテクチャ の歴史は、1985年4月26日に英国ケンブリッジの Acorn Computers へ届いた1枚のチップから始まる。Sophie Wilson が命令セットを、Steve Furber がマイクロアーキテクチャを設計した ARM1 である。名前は当時 Acorn RISC Machine の略だった。Furber の回想では、チップは朝に届き、テスト基板の配線の問題をいくつか直したあと、午後には BBC BASIC が動いていた。今日スマートフォンからデータセンターまで使われる Arm の命令セットは、この32ビット RISC プロセッサの直系である。

なぜ Acorn は自分で CPU を作ったのか

Acorn は英国の教育用パソコン BBC Micro の開発元で、BBC Micro は 6502 を2MHz で動かしていた。次の機種に載せるプロセッサを探したが、市販品はどれも満足できなかった。Furber の CHM オーラルヒストリーによれば、共同創業者の Hermann Hauser が Berkeley RISC と Stanford MIPS を説明した論文を持ち込み、縮小命令セットでプロセッサを単純にするという考え方が、自分たちの問題に答えているように見えたという。

決め手になったのは1983年10月の出張である。Wilson と Furber は、6502 の後継（65C816）を設計していたアリゾナ州フェニックスのチームを訪ねた。2人が見たのは、郊外の平屋で、地元の学生まで手伝いながら CPU を設計している小さなチームだった。Furber はこの訪問を、ARM の開発を正式な計画に格上げしていく大きな節目の一つに挙げている。

ARM1 の誕生

設計の手法は手作りに近かった。Furber は命令セットをもとに BBC BASIC で参照モデルを書き、それを部品ごとの仕様に分けて設計を進めた。開発環境全体で約850行の BBC BASIC だったという。設計の最終確認は1985年1月、VLSI Technology のミュンヘン事務所で行われた。本格的に取りかかってから動くシリコンを手にするまで、約18か月である。

チームが恐れていたのは、RISC の考え方は広く知られていたので、大企業が先に商用プロセッサを出して自分たちを踏みつぶすことだった。ところが1985年4月に動くシリコンを手にしても、まだ誰もそうしていなかった。

低消費電力は偶然か

ARM が携帯機器に向いた理由として語られる低消費電力について、設計者2人の説明は少し違う。

Furber によれば、目標は安いプラスチックパッケージに収めることで、それには消費電力をおよそ1W 以下にする必要があった。当時の設計ツールでは電力を正確に予測できなかったので、余裕を大きく取って設計した結果、0.1W 未満に収まった。彼は、低消費電力はある程度は思いがけない幸運だったが、偶然の産物ではなかったと説明している。

Wilson の語る逸話はもっと劇的である。The Register の記事によれば、最初のチップを評価基板に載せたとき、電源と直列につないだ電流計の針はゼロを指していた。基板の故障で電源線に電流が流れておらず、プロセッサは論理回路からの漏れ電流だけで動いていたのだという。Wilson は、今日 ARM が最も評価される低消費電力は「complete accident」だったと語っている。

評価システム、そして Archimedes

ARM1 は製品用のチップにはならなかった。Acorn は1986年7月7日付のプレスリリースで、前年8月に初めて公表した ARM の評価システムの提供を発表している。BBC Micro・Master シリーズにつなぐ版と IBM PC 互換機につなぐ版があり、前者は税抜き4,500ポンドだった。リリースは ARM を低消費電力の CMOS で作られた単一チップの32ビット RISC と紹介し、8MHz で平均4 MIPS、基本命令は44個だと書いている。想定用途の例には、通信、マイクロコンピュータ、エキスパートシステム、レーザープリンタの制御器などが並ぶ。製造と販売は VLSI Technology が担った。

家庭や学校に届いたのは、第2世代の ARM2 を積んだ Acorn Archimedes で、最初の機種は1987年6月に発売された。Furber によれば、Archimedes の中核は ARM2 と、メモリ・映像・入出力を受け持つ3つのチップ（MEMC、VIDC、IOC）の4チップ構成である。ARM はもともと単体のチップではなく、この4つの組み合わせとして構想されていた。

会社としての Arm

チップを自分で作らず、設計を他社にライセンスするという Saxby の方式によって、ARM は多くの会社のチップに入るようになった。Arm は2026年5月の決算発表で、累計出荷は3,500億個を超えたとしている。日本との関わりでは、2016年にソフトバンクが買収し、2023年の Nasdaq 上場ではソフトバンクグループの完全子会社が売出人になった。

Apple が Mac を自社設計の ARM ベースのチップに移したのは2020年の M1 からである。x86 との違いは用語集の ARM と x86 に、命令セットを開放した別の流れは RISC-V にある。同時代の機械は ハードウェアの年表 を参照。