Skip to main content

برچسب: Hardware

معماری ARM چیست؟ چه تفاوتی با x86 اینتل دارد؟

امروزه هر جا صحبت از تلفن هوشمند یا تبلت به میان می‌آید، حتما نام ARM نیز به گوش می‌رسد. پردازنده اکثر تبلت و تلفن‌های هوشمند بازار مبتنی بر معماری ARM است. اما ARM به چه معناست؟ معماری ARM چیست؟ چه تفاوتی با x86 اینتل می‌‌کند؟ چرا این معماری تا به این اندازه محبوب شده و دنیای موبایل را تحت کنترل خود قرار داده است؟ در ادامه مطلب برای رسیدن به پاسخ این پرسش‌ها با ما همراه باشید.

در این مقاله به معرفی ARM، تاریخچه آن و بررسی کلی نسل‌های مختلف CPUهای ARM می‌پردازیم اما در آینده نسل‌های پردازنده‌های ARM را با یکدیگر مقایسه نموده و توضیحات کاملی در مورد هر نسل ارائه خواهیم کرد.

تاریخچه ARM

ARM نوعی از معماری پردازنده‌های کامپیوتری است که بر طبق طراحی RISC CPU و توسط کمپانی بریتانیایی ARM Holding طراحی شده است. معماری ARM که دستورالعمل‌های 32 بیتی را پردازش می‌کند از دهه 1980 تا به امروز در حال توسعه است.

ARM مخفف Advanced RISC Machine است و از آنجایی که این معماری براساس طراحی RISC بنا شده، هسته اصلی CPU نیاز به 35 هزار ترانزیستور دارد این در حالی است که پردازنده‌های معمولی رایج x86 که براساس CISC طراحی شده‌اند حداقل نیاز به میلیون‌ها ترانزیستور دارند. مهمترین دلیل مصرف بسیار پایین انرژی در پردازنده‌های مبتنی بر ARM که باعث استفاده گسترده آنها در ابزارهای پرتابل مانند تلفن هوشمند یا تبلت شده نیز همین موضوع است.

جالب است بدانید که شرکت ARM Holding خود تولیدکننده پردازنده نیست و در عوض گواهی استفاده از معماری ARM را به دیگر تولیدکنندگان نیمه هادی می‌فروشد. کمپانی‌ها نیز به راحتی تراشه‌های خود را براساس معماری ARM تولید می‌کنند. از جمله کمپانی‌هایی که پردازنده خود را براساس معماری ARM طراحی می‌کنند می‌توان به اپل در تراشه‌های Ax، سامسونگ در پردازنده‌های Exynos، انویدیا در تگرا و کوالکام در پردازنده‌های Snpdragon اشاره کرد.

در سال 2011 مشتریان ARM توانستند 7.9 میلیارد ابزار مبتنی بر این معماری را وارد بازار کنند. شاید تصور می‌کنید که پردازنده‌های مبتنی بر ARM تنها در تبلت و تلفن‌های هوشمند بکار گرفته می‌شوند، اما جالب است بدانید که در همین سال بیش از 95 درصد تلفن‌های هوشمند دنیا، 90 درصد دیسک‌های سخت (HDD)، حدود 40 درصد تلویزیون‌های دیجیتال و ست‌تاپ‌باکس‌ها، 15 درصد میکروکنترلرها و 20 درصد کامپیوترهای موبایل مجهز به پردازنده‌های مبتنی بر معماری ARM بوده‌اند. بدون شک این آمار در سال 2012 رشد فوق‌العاده چشم گیری را تجربه کرده است، چون بازار تلفن‌های هوشمند و تبلت‌های در سال جاری پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته‌اند.

تا اینجای کار معماری ARM تنها برروی پلتفرم 32 بیتی با عرض حافظه 1 بایت کار می‌کرد. اما با معرفی ARMv8 این معماری پشتیبانی از دستورات 64 بیتی را نیز آغاز کرد که البته هنوز در سیستم-روی-یک-چیپ‌ها بکار گرفته نشده است. در سال 2012 مایکروسافت نیز نسخه ویندوز سازگار با معماری ARM را به همراه تبلت سرفیس RT معرفی کرد. AMD نیز اعلام نموده که قصد دارد در سال 2014 سرورهای مبتنی بر معماری 64 بیتی ARM را روانه بازار کند.

همانطور که پیش‌تر اشاره کردیم، ARM گواهی استفاده از معماری خود را به شرکت‌های دیگر می‌دهد، کمپانی‌هایی که در حال حاضر گواهی استفاده از ARM را دارند عبارتند از: AMD, آلکاتل, اپل, AppliedMicro, Atmel, Broadcom, Cirrus Logic, CSR plc, Digital Equipment Corporation, Ember, Energy Micro, Freescale, فوجیتسو, Fuzhou Rockchip, هواوی, اینتل توسط شرکت‌های زیر شاخه, ال جی, Marvell Technology Group, Microsemi, مایکروسافت, NEC, نینتندو, Nuvoton, انویدیا, NXP (formerly Philips Semiconductor), Oki, ON Semiconductor, پاناسونیک, کوالکام, Renesas, Research In Motion, سامسونگ, شارپ, Silicon Labs, سونی, اریکسون, STMicroelectronics, Symbios Logic, Texas Instruments, توشیبا, یاماها  و ZiiLABS

RISC و CISC یا ARM در مقابل x86

RISC که مخفف Reduced instruction Set Computing یا مجموعه دستورات ساده شده است در واقع نوعی از طراحی CPU است که پایه و اساس آن، ساده سازی دستورات است که منجر به بازده بالا و سرعت بخشیدن به اجرای دستورات می‌شود. پردازده‌ای که براساس این طراحی ساخته می‌شود را RISC (بخوانید ریسک) می‌نامند. مهمترین و معروفترین معماری که براساس RISC طراحی شده، ARM است. درست نقطه مقابل ریسک، طراحی دیگری با نام CISC وجود دارد که مخفف Complex Instruction Set Computing یا مجموعه دستورات پیچیده است که معماری x86 اینتل براساس آن طراحی شده و پردازنده کامپیوترهای رومیزی و لپ تاپ‌ها و بسیاری از ابزارهای دیگر از آن بهره می‌برند.

ایده اصلی RISC اولین بار توسط جان کوکی از IBM و در سال 1974 شکل گرفت، نظریه او به این موضوع اشاره داشت که یک کامپیوتر تنها از 20 درصد از دستورات نیاز دارد و 80 درصد دیگر، دستورات غیرضروری هستند. پردازنده‌های ساخته شده براساس این طراحی از دستورات کمی پشتیبانی می‌کنند به این ترتیب به ترانزیستور کمتری نیز نیاز دارند و ساخت آنها نیز کم هزینه است. با کاهش تعداد ترانزیستورها و اجرای دستورات کمتر، پردازنده در زمان کمتری دستورات را پردازش می‌کند. کمی بعد اصطلاح RISC توسط یک استاد دانشگاه کالیفورنیا به نام دیوید پترسون ایجاد شد.

هر دو طراحی RISC و CISC به مراتب در انواع و اقسام ابزارها بکار گرفته می‌شوند، اما مفهوم کلی RISC در واقع سیستمی است که در آن به پردازش دستورات کوچک و به شدت بهینه شده پرداخته می‌شود، درست برخلاف CISC که در آن دستورات پیچیده ارسال می‌شوند. یکی از تفاوت‌های عمده بین RISC و CISC نیز در نحوه دسترسی به حافظه و ذخیره و اجرای اطلاعات برروی آن است. در ریسک دسترسی به حافظه تنها از طریق دستورالعمل‌های خاصلی قابل انجام است و به عنوان مثال نمی‌توان از بخشی از دستور add به حافظه دسترسی داشت.

علاوه بر ARM شرکت‌های بسیار دیگری از جمله Intel i860, AMD 29k, ARC و غیره از طراحی RISC برای ساخت پردازنده استفاده می‌کنند، اما به لطف گسترش تلفن و تبلت‌ها، معماری ARM به عنوان برجسته‌ترین معماری مبتنی بر RISC شناخته می‌شود.

CISC

در سیسک اوضاع دقیقا برعکس ریسک است و پردازنده قادر به پردازش دستورات پیچیده است به همین دلیل نیاز به تعداد بیشتر ترانزیستور و همچنین طراحی پیچیده‌تر و پردازنده‌های گران قیمت‌تر دارد. ایده اصلی پشت این طراحی این است که برنامه نویسان ساده‌تر بتوانند نرم افزارهای خود را تولید کنند و دستورات را ساده‌تر به CPU ارجاع دهند. به لطف پشتیبانی اینتل و تولیدکنندگان نرم افزار، CISC به شدت محبوب شد و تمام کامپیوترها از پردازنده مبتنی بر این طراحی بهره بردند.

برخی تصور می‌کنند که ریسک قادر به اجرای دستورات زیاد نیست اما در حقیقت ریسک به اندازه سیسک می‌تواند دستورات مختلف را اجرا کند اما مهمترین تفاوت این دو در این است که در RISC تمام دستورات با یک فرمت، دقیقا یک فرمت صادر می‌شوند و پردازش تمام دستورات یک زمان مشخص طول می‌کشد، معمولا در ریسک در هر سیکل، پردازنده یک دستور را اجرا می‌کند.

اما در CISC مجموعه‌ای از دستورات بصورت فشرده و با آدرس دهی مختلف به یکباره پردازش می‌شوند، مثل اعداد اعشاری یا تقسیم که در طراحی RISC وجود ندارند. از آنجایی که دستورات در RISC ساده‌تر هستند پس سریعتر اجرا می‌شوند و نیاز به ترانزیستور کمتری دارند، ترانزیستور کمتر هم به معنی دمای کمتر، مصرف پایین‌تر و فضای کمتر است که آن را برای ابزارهای موبایل مناسب می‌کند.

معماری پردازنده‌های مبتنی بر طراحی RISC طی‌ سال‌های گذشته پیشرفت چشم‌گیری داشته و اجرای دستورات پیچیده را نیز میسر کرده است و تولیدکنندگان نرم افزاری نیز به سمت ساخت نرم‌افزارهای مبتنی بر این معماری گرایش پیدا کرده‌اند. لازم است بدانید که کامپیوترهای اولیه مک نیز از پردازنده مبتنی بر RISC بهره می‌بردند.

اما در واقع پردازنده‌های CISC بسیار سریعتر و پرقدرت‌تر از RISCها هستند و قادر به پردازش امور سنگین می‌باشند اما در عوض گران‌قیمت‌تر، پرمصرف‌تر بوده و دمای بیشتری نیز تولید می‌کنند. در CISC تمرکز برروی سخت‌افزار است و در RISC برروی نرم‌افزار، در CISC دستورات بصورت پیچیده به پردازنده ارسال می‌شوند ولی در RISC نرم‌افزار دستورات را ساده‌ کرده و به عنوان مثال یک عملیات پیچیده را در قالب چندین دستور ساده به پردازنده ارسال می‌کند و پردازنده دستورات ساده را به سرعت پردازش نموده و نتیجه را باز می‌گرداند. پس کدهای نرم‌افزارهای سازگار با RISC طولانی تر ولی کدهای مربوط به نرم‌افزارهای CISC کوتاه‌تر و پیچیده‌تر هستند. البته این بدین معنا نیست که مثلا اگر قرار است برای اندروید یا iOS برنامه بنویسید باید چند هزار خط بیشتر از معادل کامپیوتر ویندوزی آن کد نویسی کنید، در واقع کامپایلرها کدها را به دستورات کوچک زیاد تبدیل می‌کنند و برنامه نویس به سختی متوجه نوع پردازش دستورات می‌شود.

اگر بخواهیم در مورد این دو طراحی صحبت کنیم بحث پیچیده و کسل کننده خواهد شد پس به همین جا بسنده می‌کنیم اما اگر تمایل دارید تا در مورد این طراحی‌ها بیشتر بدانید به این دو لینک مراجعه کنید: CISC و RISC

سیستم-روی-یک-چیپ‌ها و معماری ARM

چندین نوع مختلف از معماری برای پردازنده‌های ARM وجود دارد که از آن جمله می‌توان به ARM V2 ،ARMv3 Arm v7 و …اشاره کرد. کمپانی‌ها برای استفاده از هر کدام از این طراحی‌ها باید گواهی مربوط به آن را از ARM Holder دریافت کنند.  کمپانی‌ها از این معماری در ساخت پردازنده های مورد نظر خود بهره برده و در نهایت یا یکپارچه سازی آن  با واحد پردازش گرفیک (GPU)، حافظه رم و قسمت کنترلر باند رادیویی (در تلفن‌های هوشمند) سیستم -روی-یک-چیپ خود را می سازند .

سیستم-روی-یک-چیپ (System on a Chip) که آن را به اختصار SoC می‌نامند در واقع یک تراشه است که در آن پردازنده اصلی (CPU)، پردازنده گرافیک (GPU)، حافظه رم، کنترلرهای ورودی و خروجی و بعضا کنترلر باند رادیویی قرار دارند. پس لازم است بدانید که کل SoC براساس معماری ARM تولید نمی‌شود و تنها بخش CPU آن بر مبنای معماری ARM طراحی و تولید می‌گردد. پس این باور که فلان SoC براساس معماری ARM ساخته شده، اشتباه است و بخش پردازنده اصلی اکثر SoCها براساس یکی از طراح‌های معماری ARM ساخته می‌شوند.

از جمله سیستم-روی-یک-چیپ‌هایی که هسته اصلی آن‌ها براساس معماری ARM طراحی شده‌اند می‌توان به 3 نسل اول تگرا انویدیا، Quatro شرکت CSRT، نوا شرکت اریکسون، OMAP شرکت تکزاس، Exynos شرکت سامسونگ و Ax شرکت اپل اشاره کرد. این شرکت ها از معماری ARM و همچنین معماری یکی از هسته‌های طراحی شده توسط این شرکت بهره برده‌اند.

اما شرکت‌ها می‌توانند گواهی استفاده از معماری ARM را تهیه کرده و سپس بر اساس آن هسته سفارشی مورد نظرشان را طراحی کنند یعنی به جای اینکه هسته CPU را براساس Cortex-A9 یا Cortex-A15 یا دیگر هسته‌های ARM بسازنند، خودشان براساس معماری یکی از خانواده‌های ARM، هسته خاص خود را طراحی کنند. به عنوان مثال سیستم-روی-یک-چیپ A6 اپل، X-Gene ،Krait کوالکام، StrongARM شرکت DEC ،XScale شرکت Marvell اینتل یا Project Denver شرکت انویدیا اینگونه هستند و اگر چه بخش CPU از سیستم-روی-یک-چیپ‌ آنها براساس معماری ARM طراحی شده‌اند، اما طراحی هسته‌ها با آنچه ARM پیشنهاد کرده متفاوت هستند.

انواع مختلف هسته‌های مبتنی بر ARM

همانطور که پیش‌تر اشاره کردیم، شرکت ARM Holding خود نسبت به طراحی هسته براساس معماری ARM اقدام می‌کند و هسته‌های متفاوتی را براساس نسل‌های مختلف این معماری عرضه کرده است، جدیدترین معماری این شرکت ARM v8 است که از دستورات 64 بیتی پشتیبانی می‌کند و دو هسته Cortex A53 و Cortex A57 نیز براساس همین معماری طراحی و پیشنهاد شده‌اند. انتظار می‌رودی SoCهای سال آینده از این معماری بهره مند شوند، در جدول زیر کل هسته‌های طراحی شده توسط ARMرا مشاهده خواهید کرد:

ARM FamilyARM ArchitectureARM CoreFeatureCache (I/D), MMUTypical MIPS @ MHz
ARM1ARMv1ARM1First implementationNone 
ARM2ARMv2ARM2ARMv2 added the MUL (multiply) instructionNone4 MIPS @ 8 MHz
0.33 DMIPS/MHz
ARMv2aARM250Integrated MEMC (MMU), Graphics and IO processor. ARMv2a added the SWP and SWPB (swap) instructions.None, MEMC1a7 MIPS @ 12 MHz
ARM3ARMv2aARM3First integrated memory cache.4 KB unified12 MIPS @ 25 MHz
0.50 DMIPS/MHz
ARM6ARMv3ARM60ARMv3 first to support 32-bit memory address space (previously 26-bit)None10 MIPS @ 12 MHz
ARM600As ARM60, cache and coprocessor bus (for FPA10 floating-point unit).4 KB unified28 MIPS @ 33 MHz
ARM610As ARM60, cache, no coprocessor bus.4 KB unified17 MIPS @ 20 MHz
0.65 DMIPS/MHz
ARM7ARMv3ARM700 8 KB unified40 MHz
ARM710As ARM700, no coprocessor bus.8 KB unified40 MHz
ARM710aAs ARM7108 KB unified40 MHz
0.68 DMIPS/MHz
ARM7TDMIARMv4TARM7TDMI(-S)3-stage pipeline, Thumbnone15 MIPS @ 16.8 MHz
63 DMIPS @ 70 MHz
ARM710TAs ARM7TDMI, cache8 KB unified, MMU36 MIPS @ 40 MHz
ARM720TAs ARM7TDMI, cache8 KB unified, MMU with Fast Context Switch Extension60 MIPS @ 59.8 MHz
ARM740TAs ARM7TDMI, cacheMPU 
ARM7EJARMv5TEJARM7EJ-S5-stage pipeline, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP instructionsnone 
ARM8ARMv4ARM810[4][5]5-stage pipeline, static branch prediction, double-bandwidth memory8 KB unified, MMU84 MIPS @ 72 MHz
1.16 DMIPS/MHz
ARM9TDMIARMv4TARM9TDMI5-stage pipeline, Thumbnone 
ARM920TAs ARM9TDMI, cache16 KB/16 KB, MMU with FCSE (Fast Context Switch Extension)[6]200 MIPS @ 180 MHz
ARM922TAs ARM9TDMI, caches8 KB/8 KB, MMU 
ARM940TAs ARM9TDMI, caches4 KB/4 KB, MPU 
ARM9EARMv5TEARM946E-SThumb, Enhanced DSP instructions, cachesvariable, tightly coupled memories, MPU 
ARM966E-SThumb, Enhanced DSP instructionsno cache, TCMs 
ARM968E-SAs ARM966E-Sno cache, TCMs 
ARMv5TEJARM926EJ-SThumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP instructionsvariable, TCMs, MMU220 MIPS @ 200 MHz
ARMv5TEARM996HSClockless processor, as ARM966E-Sno caches, TCMs, MPU 
ARM10EARMv5TEARM1020E6-stage pipeline, Thumb, Enhanced DSP instructions, (VFP)32 KB/32 KB, MMU 
ARM1022EAs ARM1020E16 KB/16 KB, MMU 
ARMv5TEJARM1026EJ-SThumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP instructions, (VFP)variable, MMU or MPU 
ARM11ARMv6ARM1136J(F)-S[7]8-stage pipeline, SIMD, Thumb, Jazelle DBX, (VFP), Enhanced DSP instructionsvariable, MMU740 @ 532–665 MHz (i.MX31 SoC), 400–528 MHz
ARMv6T2ARM1156T2(F)-S8-stage pipeline, SIMD, Thumb-2, (VFP), Enhanced DSP instructionsvariable, MPU 
ARMv6ZARM1176JZ(F)-SAs ARM1136EJ(F)-Svariable, MMU + TrustZone965 DMIPS @ 772 MHz, up to 2 600 DMIPS with four processors[8]
ARMv6KARM11 MPCoreAs ARM1136EJ(F)-S, 1–4 core SMPvariable, MMU 
SecureCoreARMv6-MSC000  0.9 DMIPS/MHz
ARMv4TSC100   
ARMv7-MSC300  1.25 DMIPS/MHz
Cortex-MARMv6-MCortex-M0 [9]Microcontroller profile, Thumb + Thumb-2 subset (BL, MRS, MSR, ISB, DSB, DMB),[10] hardware multiply instruction (optional small), optional system timer, optional bit-banding memoryNo cache, No TCM, No MPU0.84 DMIPS/MHz
Cortex-M0+ [11]Microcontroller profile, Thumb + Thumb-2 subset (BL, MRS, MSR, ISB, DSB, DMB),[10] hardware multiply instruction (optional small), optional system timer, optional bit-banding memoryNo cache, No TCM, optional MPU with 8 regions0.93 DMIPS/MHz
Cortex-M1 [12]Microcontroller profile, Thumb + Thumb-2 subset (BL, MRS, MSR, ISB, DSB, DMB),[10] hardware multiply instruction (optional small), OS option adds SVC / banked stack pointer, optional system timer, no bit-banding memoryNo cache, 0-1024 KB I-TCM, 0-1024 KB D-TCM, No MPU136 DMIPS @ 170 MHz,[13] (0.8 DMIPS/MHz FPGA-dependent)[14]
ARMv7-MCortex-M3 [15]Microcontroller profile, Thumb / Thumb-2, hardware multiply and divide instructions, optional bit-banding memoryNo cache, No TCM, optional MPU with 8 regions1.25 DMIPS/MHz
ARMv7E-MCortex-M4 [16]Microcontroller profile, Thumb / Thumb-2 / DSP / optional FPv4 single-precision FPU, hardware multiply and divide instructions, optional bit-banding memoryNo cache, No TCM, optional MPU with 8 regions1.25 DMIPS/MHz
Cortex-RARMv7-RCortex-R4 [17]Real-time profile, Thumb / Thumb-2 / DSP / optional VFPv3 FPU, hardware multiply and optional divide instructions, optional parity & ECC for internal buses / cache / TCM, 8-stage pipeline dual-core running lockstep with fault logic0-64 KB / 0-64 KB, 0-2 of 0-8 MB TCM, opt MPU with 8/12 regions 
Cortex-R5 (MPCore) [18]Real-time profile, Thumb / Thumb-2 / DSP / optional VFPv3 FPU and precision, hardware multiply and optional divide instructions, optional parity & ECC for internal buses / cache / TCM, 8-stage pipeline dual-core running lock-step with fault logic / optional as 2 independent cores, low-latency peripheral port (LLPP), accelerator coherency port (ACP) [19]0-64 KB / 0-64 KB, 0-2 of 0-8 MB TCM, opt MPU with 12/16 regions 
Cortex-R7 (MPCore) [20]Real-time profile, Thumb / Thumb-2 / DSP / optional VFPv3 FPU and precision, hardware multiply and optional divide instructions, optional parity & ECC for internal buses / cache / TCM, 11-stage pipeline dual-core running lock-step with fault logic / out-of-order execution / dynamic register renaming / optional as 2 independent cores, low-latency peripheral port (LLPP), ACP [19]0-64 KB / 0-64 KB, ? of 0-128 KB TCM, opt MPU with 16 regions 
Cortex-AARMv7-ACortex-A5 [21]Application profile, ARM / Thumb / Thumb-2 / DSP / SIMD / Optional VFPv4-D16 FPU / Optional NEON / Jazelle RCT and DBX, 1–4 cores / optional MPCore, snoop control unit (SCU), generic interrupt controller (GIC), accelerator coherence port (ACP)4-64 KB / 4-64 KB L1, MMU + TrustZone1.57 DMIPS / MHz per core
Cortex-A7 MPCore [22]Application profile, ARM / Thumb / Thumb-2 / DSP / VFPv4-D16 FPU / NEON / Jazelle RCT and DBX / Hardware virtualization, in-order execution, superscalar, 1–4 SMP cores, Large Physical Address Extensions (LPAE), snoop control unit (SCU), generic interrupt controller (GIC), ACP, architecture and feature set are identical to A15, 8-10 stage pipeline, low-power design[23]32 KB / 32 KB L1, 0-4 MB L2, L1 & L2 have Parity & ECC, MMU + TrustZone1.9 DMIPS / MHz per core
Cortex-A8 [24]Application profile, ARM / Thumb / Thumb-2 / VFPv3 FPU / Optional NEON / Jazelle RCT and DAC, 13-stage superscalar pipeline16-32 KB / 16-32 KB L1, 0-1 MB L2 opt ECC, MMU + TrustZoneup to 2000 (2.0 DMIPS/MHz in speed from 600 MHz to greater than 1 GHz)
Cortex-A9 MPCore [25]Application profile, ARM / Thumb / Thumb-2 / DSP / Optional VFPv3 FPU / Optional NEON / Jazelle RCT and DBX, out-of-order speculative issue superscalar, 1–4 SMP cores, snoop control unit (SCU), generic interrupt controller (GIC), accelerator coherence port (ACP)16-64 KB / 16-64 KB L1, 0-8 MB L2 opt Parity, MMU + TrustZone2.5 DMIPS/MHz per core, 10,000 DMIPS @ 2 GHz on Performance Optimized TSMC 40G (dual core)
Cortex-A15 MPCore [26]Application profile, ARM / Thumb / Thumb-2 / DSP / VFPv4 FPU / NEON / Jazelle RCT / Hardware virtualization, out-of-order speculative issue superscalar, 1–4 SMP cores, Large Physical Address Extensions (LPAE), snoop control unit (SCU), generic interrupt controller (GIC), ACP, 15-24 stage pipeline[23]32 KB / 32 KB L1, 0-4 MB L2, L1 & L2 have Parity & ECC, MMU + TrustZoneAt least 3.5 DMIPS/MHz per core (Up to 4.01 DMIPS/MHz depending on implementation).[27]
ARMv8-ACortex-A53[28]Application profile, AArch32 and AArch64, 1-4 SMP cores, Trustzone, NEON advanced SIMD, VFPv4, hardware virtualization, dual issue, in-order pipeline8~64 KB/8~64 KB L1 per core, 128 KB~2 MB L2 shared, 40-bit physical addresses2.3 DMIPS/MHz
Cortex-A57[29]Application profile, AArch32 and AArch64, 1-4 SMP cores, Trustzone, NEON advanced SIMD, VFPv4, hardware virtualization, multi-issue, deeply out-of-order pipeline48 KB/32 KB L1 per core, 512 KB~2 MB L2 shared, 44-bit physical addressesAt least 4.1 DMIPS/MHz per core (Up to 4.76 DMIPS/MHz depending on implementation).
ARM FamilyARM ArchitectureARM CoreFeatureCache (I/D), MMUTypical MIPS @ MHz

اما برخی از تولیدکنندگان مانند کوالکام، انویدیا یا اپل، طراح‌های شرکت ARM Holding را قبول ندارند و خود نسبت به طراحی هسته سفارشی بر مبنای معماری ARM اقدام می‌کنند. در جدول زیر هسته‌های طراحی شده توسط شرکت‌های دیگر که البته بر مبنای معماری یکی از خانوده‌های ARM هستند را مشاهده می‌کنید:

FamilyARM ArchitectureCoreFeatureCache (I/D), MMUTypical MIPS @ MHz
StrongARMARMv4SA-15-stage pipeline16 KB/8–16 KB, MMU203–206 MHz
1.0 DMIPS/MHz
XScaleARMv5TEXScale7-stage pipeline, Thumb, Enhanced DSP instructions32 KB/32 KB, MMU133–400 MHz
BulverdeWireless MMX, Wireless SpeedStep added32 KB/32 KB, MMU312–624 MHz
Monahans
Wireless MMX2 added32 KB/32 KB (L1), optional L2 cache up to 512 KB, MMUup to 1.25 GHz
SnapdragonARMv7-AScorpion
Used by some members of the Snapdragon S1, S2, and S3 families. 1 or 2 cores. ARM / Thumb / Thumb-2 / DSP / SIMD / VFPv3 FPU / NEON (128-bit wide)256 KB L2 per core2.1 DMIPS / MHz per core
Krait 
Used by some members of the Snapdragon S4 family. 1, 2, or 4 cores. ARM / Thumb / Thumb-2 / DSP / SIMD / VFPv4 FPU / NEON (128-bit wide)4 KB / 4 KB L0, 16 KB / 16 KB L1, 512 KB L2 per core3.3 DMIPS / MHz per core
Apple AxARMv7-AApple Swift [32]
Custom ARM core used in the Apple A6 and Apple A6X. 2 cores. ARM / Thumb / Thumb-2 / DSP / SIMD / VFPv4 FPU / NEONL1: 32 kB instruction + 32 kB data, L2: 1 MB3.5 DMIPS / MHz Per Core
FamilyARM ArchitectureCoreFeatureCache (I/D), MMUTypical MIPS @ MHz

ARMv8 و پلتفرم 64 بیتی

در سال 2011 نسل جدید ARMv8 رسما معرفی شد و پشتیبانی از معماری 64 بیتی به آن اضافه گردید. در ARMv8 دستورات 32 بیتی برروی سیستم‌عامل 64 بیتی قابل اجرا هستند و در آن سیستم‌عامل‌های 32 بیتی نیز از طریق مجازی سازی 64 بیتی اجرا می‌شوند. شرکت‌های AMD, Micro, Brodom, Calxeda, Hisilicon, Samsung و ST Microelectronics گواهی استفاده از معماری ARMv8 را دریافت کرده‌اند و اعلام نموده‌اند SoCهای مبتنی بر این معماری را تولید خواهند کرد. خود ARM نیز دو طراحی Cortex-A53 و Cortex-A57 را در 30 اکتبر 2012 معرفی کرد که هر دو مبتنی بر معماری ARMv8 هستند.

لینوکس که هسته اندروید نیز است به تازگی هسته اصلی سیستم‌عامل (Kernel) خود را بروز کرده تا از ARMv8 پشتیبانی کند. انتظار می‌رود در سال 2013 بسیاری از سیستم‌-روی-یک-چیپ‌های دنیا از معماری ARMv8 بهره ببرند.

چه سیستم‌عامل‌هایی از ARM پشتیبانی می‌کنند؟

سیستم‌های Acorn: اولین کامپیوتر مبتنی بر معماری ARM، کامپیوتر شخصی Acorn بود که از سیستم‌عاملی به نام Arthur بهره می‌برد. سیستم‌عاملی مبتنی بر RISC OS که از معماری ARM پشتیانی می‌کرد و Acorn و برخی دیگر از تولیدکنندگان از آن استفاده می‌کردند.

سیستم‌عامل‌های توکار: معماری ARM از طیف وسیعی از سیستم‌عامل‌های توکار مانند Windows CEWindows RTSymbian, ChibiOS/RT, FreeRTOS, eCos, Integrity, Nucleus PLUS, MicroC/OS-II, QNX, RTEMS, CoOS, BRTOS, RTXC Quadros, ThreadX, Unison Operating System, uTasker, VxWorks, MQX و OSE پشتیبانی می‌کند.

یونیکس: یونیکس و برخی از سیستم‌عامل‌های مبتنی بر یونیکس مانند: Inferno, Plan 9, QNX و Solaris از ARM پشتیبانی می‌کنند.

لینوکس: بسیاری از توزیع‌های لینوکس از ARM پشتیبانی می‌کنند از آن جمله می‌توان به اندروید و کروم گوگل، Arch Linux، بادا سامسونگ، Debian، Fedora،OpenSuse، Ubuntu و WebOS اشاره کرد.

BSD: برخی از مشتقات BSD مانند OpenBSD و iOS و OS X اپل نیز از ARM پشتیبانی می‌کند.

ویندوز: معماری‌های ARMv 5, 6 و 7 از ویندوز CE که در ابزارهای صنعتی و PDAها استفاده می‌شود، پشتیبانی می‌کند. ویندوز RT و ویندوز فون نیز از معماری ARMv7 پشتیبانی می‌کنند.

گواهی و هزینه استفاده از معماری ARM

ARM خود تولیدکننده نیمه هادی نیست و در عوض از راه صدور مجوز استفاده از طراحی‌های خود، درآمد کسب می‌کند. گواهی استفاده از معماری ARM شرایط خاص و متنوعی را دارد و در شرایط مختلف هزینه مربوط به استفاده از آن نیز تفاوت می‌کند. ARM به همراه گواهی‌نامه خود اطلاعات جامعی در مورد نحوه یکپارچگی قسمت‌های مختلف با هسته‌ها را ارائه می‌کند تا تولیدکنندگان به راحتی بتوانند از این معماری در سیستم-روی-یک-چیپ‌های خود بهره ببرند.

ARM در سال 2006 و در گزارش سالانه خود اعلام کرد که 164.1 میلیون دلار از بابت حق امتیاز یا حق اختراع، درآمد داشته که این مبلغ از بابت  فروش گواهی استفاده از معماری این شرکت در 2.45 میلیارد دستگاه مبتنی بر ARM بدست آمده است. این یعنی ARM Holding بابت هر گواهی 0.067 دلار درآمد کسب نموده، اما این رقم میانگین است و براساس نسل‌های مختلف و نوع هسته‌ها متفاوت خواهد بود. مثلا هسته‌های قدیمی ارزان‌تر و معماری جدید گران‌تر است.

اما در سال 2006 این شرکت از بابت گواهی استفاده از طراحی هسته پردازنده، نزدیک به 119.5 میلیون دلار درآمد بدست آورده است. در آن سال 65 پردازنده براساس معماری هسته های ARM ساخته شده بودند که به این ترتیب بابت هر گواهی پردازنده مبلغ 1.84 میلیون دلار درآمد کسب کرده است. این عدد نیز بصورت میانگین می‌باشد و براساس نوع و نسل هسته‌ها متفاوت خواهد بود.

در واقع شرکت ARM Holding از معماری ARM دو نوع درآمد دارد یکی بابت استفاده از معماری این شرکت در ابزارهای مختلف که بابت هر تلفن یا تبلت یا هر ابزار دیگری مبلغی بدست می‌آورد و دیگری بابت هر پردازنده مبتنی بر معماری هسته‌های ARM نیز یک رقم نسبتا سنگین حدود 2 میلیون دلار دریافت می‌کند. در سال 2006 نزدیک به 60 درصد درآمد ARM از بابت حق امتیاز و 40 درصد بابت گواهی ساخت پردازنده براساس معماری ARM بوده است.

استاندارد IP یا میزان مقاومت در برابر نفوذ آب و گردوغبار چیست؟

در قسمت مشخصات فنی بسیاری از گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، مچ‌بند‌های تناسب اندام، ساعت‌های هوشمند و حتی برخی از اسپیکرهای بی‌سیم، عبارت «Water-Resistant» (مقاوم در برابر آب) درج شده است؛ اما این عبارت دقیقا چه معنایی دارد؟ آیا می‌شود چنین دستگاه‌هایی را در زیر باران، زیر دوش حمام یا حتی در استخر مورد استفاده قرار داد؟ پیش از هر چیز لازم است بدانید که عبارت «مقاوم در برابر آب» برای تمامی دستگاه‌ها معنای یکسانی ندارد؛ از همین‌رو بر آن شدیم تا به تشریح استاندارد IP بپردازیم و یکایک کدهای مرتبط به آن را شرح دهیم.

رتبه‌بندی IP

یکی از نخستین مواردی که اکثر افراد به‌هنگام خرید دستگاه الکترونیکی جدید به آن توجه می‌کنند، Ingress Protection Rating (رتبه‌بندی حفاظت در مقابل نفوذ اشیای خارجی به‌داخل) یا همان International Protection Rating (رتبه‌بندی بین‌المللی حفاظت) است که بیشتر اوقات از آن به «رتبه‌بندی IP» یاد می‌شود. ارقامی که بعد از عبارت IP می‌آیند، شامل هیچ‌گونه خط تیره یا فضای اضافی نمی‌شوند و درواقع کاملاً به IP چسبیده‌اند (همچون IP67)؛ به‌بیانی ساده‌تر، پس از IP، یک یا دو رقم چسبیده به این عبارت، می‌آید. دو رتبه‌بندی پرکاربرد برای محصولات الکترونیکی امروزی، IP67 و IP68 هستند که در ادامه‌ی مقاله به‌تشریح هر کدام خواهیم پرداخت.

هرچه رقم IP بیشتر باشد، میزان مقاومت بیشتر است

کدهای IP استانداردهایی هستند که توسط کمیسیون الکتروتکنیکی بین‌المللی (IEC) تنظیم شده‌اند. طبق گفته‌های این کمیسیون، این کدها در واقع بیان‌گر میزان مقاومت بدنه‌ی دستگاه‌های الکترونیکی امروزی در مقابل نفوذ چیزهای خارجی نظیر آب و گردوغبار است.

نخستین عددی که بعد از عبارت IP می‌آید، درجه‌ی مقاومت دستگاه را در مقابل نفوذ اشیای جامد خارجی (نظیر گردوغبار) نشان می‌دهد؛ این عدد از ۰ تا ۶ متغیر است. رقم دوم، درجه‌ی مقاومت دستگاه را در مقابل نفوذ رطوبت نشان می‌دهد و از ۰ تا ۸ متغیر است.

اگر پس از عبارت IP، حرف X در جای رقم اول یا دوم قرار بگیرد، معنای متفاوتی دارد؛ اگر X به‌جای رقم اول بیاید، یعنی آن دستگاه هنوز در مقابل نفوذ اشیای جامد خارجی آزمایش نشده است و اگر به‌جای رقم دوم بیاید، یعنی دستگاه هنوز آزمایش‌های مربوط به میزان مقاومت در برابر نفوذ رطوبت را نگذرانده است؛ برای نمونه، اگر یک دستگاه الکترونیکی دارای گواهی IPX7 باشد، این موضوع یعنی آن دستگاه به‌مدت ۳۰ دقیقه در عمق ۱ متری آب از خود مقاومت نشان می‌دهد، اما (چون به‌جای رقم اول، X آمده است) هنوز نمی‌توان در مورد میزان مقاومت آن در برابر نفوذ گردوغبار اظهارنظر کرد.

در جدول زیر، می‌توانید تمامی سطوح مقاومت در برابر اشیای خارجی را مشاهده کنید؛ این جدول، توسط کمیسیون الکتروتکنیکی بین‌المللی منتشر شده است.​

میزان مقاومت در برابر نفوذ اشیای جامد
کد IP میزان مقاومت اندازه‌ی شیء خارجی که توانایی  نفوذ دارد نیروی اعمال‌شده بر شیء خارجی
۰ هیچ‌گونه مقاومتی را ارائه نمی‌دهد
۱ مقاومت در برابر تماس با تمامی سطوح پهن بدن انسان، نظیر پشت دست؛ چنین دستگاهی در مقابل ضربه‌ی عمدی با انگشتان دست، از خود مقاومت نشان نمی‌دهد کوچک‌تر از ۵۰ میلی‌متر ۵۰ نیوتن
۲ مقاومت در برابر انگشتان دست یا موارد مشابه کوچک‌تر از ۱۲.۵ میلی‌متر ۱۰ نیوتن
۳ مقاومت در برابر ابزار، سیم‌های قطور یا اشیای مشابه کوچک‌تر از ۲.۵ میلی‌متر ۳ نیوتن
۴ مقاومت در برابر اکثر سیم‌ها، پیچ‌ها یا اشیای مشابه کوچک‌تر از ۱ میلی‌متر ۱ نیوتن
۵ مقاومت جزئی در برابر گردوغبار نامشخص ۱ نیوتن
۶ مقاومت کامل در برابر گردوغبار نامشخص ۱ نیوتن

برای بهتر درک‌کردن این جدول، بد نیست مثالی بزنیم. یک پریز برق که به گواهی IP22 مجهز شده است، در مقابل تماس تصادفی با ضربه‌ی انگشت انسان و قطرات جزئی آب از خود مقاومت نشان می‌دهد. با این‌همه از آن‌جایی که شما به‌عنوان خواننده‌ی این مقاله اکثراً با گجت‌های هوشمند سر و کار دارید، بیشتر از همه لازم است به دو گواهی IP5X و IP6X توجه کنید.

میزان مقاومت در برابر نفوذ رطوبت (تنها آب و نه هیچ مایع دیگر)
کد IP میزان مقاومت مدت‌زمان آزمون کاربری
۰ هیچ‌گونه مقاومتی را ارائه نمی‌دهد
۱ مقاومت در برابر چکیدن قطره‌های آب به‌صورت عمودی ۱۰ دقیقه باران خفیف
۲ مقاومت در برابر چکیدن قطره‌های آب به‌صورت عمودی، وقتی که دستگاه به‌میزان حداکثر ۱۵ درجه، کج شده باشد ۱۰ دقیقه باران خفیف
۳ مقاومت در برابر پاشیدن مستقیم آب وقتی که دستگاه به‌میزان حداکثر ۶۰ درجه، کج شده باشد ۵ دقیقه باران و پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه
۴ مقاومت در برابر پاشیدن مستقیم آب از همه‌ی جهات ۵ دقیقه باران و پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه
۵ مقاومت در برابر آب کم‌فشار که از لوله‌ای با دهانه‌ی ۶.۳ میلی‌متری بیرون می‌آید؛ معادل ۱۲.۵ لیتر در دقیقه (از همه‌ی جهات) ۳ دقیقه در فاصله‌ی ۳ متری از لوله باران، پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه و آبی که از اکثر شیرهای آشپزخانه‌ها و حمام‌ها بیرون می‌آید
۶ مقاومت در برابر آب پرفشار که از لوله‌ای با دهانه‌ی ۱۲.۵ میلی‌متر بیرون می‌آید؛ معادل ۱۰۰ لیتر در دقیقه (از همه‌ی جهات) ۳ دقیقه در فاصله‌ی ۳ متری از لوله باران، پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه، آبی که از اکثر شیرهای آشپزخانه‌ها و حمام‌ها بیرون می‌آید و شرایط دریایی سخت
۷ مقاومت در برابر غوطه‌وری در آب تا عمق نهایتا ۱ متر ۳۰ دقیقه باران، پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه و فرو رفتن در زیر آب
۸ مقاومت در برابر غوطه‌وری در آب تا بیش از ۱ متر (سازنده‌ی دستگاه باید عمق دقیق را مشخص کند) متغیر باران، پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه و فرو رفتن در زیر آب

جالب است بدانید که دستگاه‌ها برای دست‌یابی به بالاترین درجه‌ی رتبه‌بندی، مجبور نیستند الزاما تمامی آزمایش‌ها را بگذرانند؛ برای مثال دستگاه که دارای گواهی IP68 است (مقاومت کامل در برابر گردوغبار و مقاومت در برابر غوطه‌وری در آب تا بیش از ۱ متر) لزوما آزمایش‌های مربوط به کدهای ۱ تا ۵ (برای مقاومت در برابر نفوذ اشیای جامد) و کدهای ۱ تا ۷ (برای مقاومت در برابر نفوذ رطوبت) را نگذرانده است.

فشار آب

اگر هر زمان از کسی شنیدید که «ساعت‌ها ضد آب هستند» بدانید آن فرد حقیقت را نمی‌گوید؛ در واقع، هیچ‌یک از ساعت‌ها، «واقعا ضد آب» نیستند. حتی سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) و کمیسیون تجارت فدرال (FTC) به‌تازگی استفاده از عبارت «Waterproof» (ضد آب) را برای ساعت‌ها ممنوع اعلام کرده‌اند.

میزان مقاومت در برابر فشار آب با واحد ATM (اتمسفر) بیان می‌شود

درحالی که برخی ساعت‌ها ممکن است بتوانند به‌میزان مشخصی در برابر نفوذ آب مقاومت نشان دهند، همواره محدودیتی برای حداکثر فشاری که می‌توانند تحمل کنند، اعلام می‌شود؛ اگر فشار آب از میزانِ اعلام‌شده بیشتر شود، آن ساعت دیگر نمی‌تواند از خود مقاومت نشان دهد و آب به درون آن نفوذ می‌کند.

سازمان ISO برای بیان میزان مقاومت ساعت‌‌ها در برابر نفوذ آب، استانداردهای ویژه‌ای را تعیین کرده است که امروزه توسط بسیاری از ساعت‌‌سازان مورداستفاده قرار می‌گیرند. با این‌وجود اکثر ساعت‌های هوشمند و مچ‌بندهای سلامتی، به این استانداردها پای‌بند نیستند و به همین علت، گواهی ISO را دریافت نمی‌کنند. محصولات الکترونیکی امروزی همواره در پی آن هستند که به گواهی IP تجهیز شوند، البته در این میان برخی شرکت‌ها نظیر گارمین، پبل و پولار هستند که محصولات‌شان را مستقل از استانداردهای جهانی آزمایش می‌کنند و خودشان میزان مقاومت آن‌ها را در برابر نفوذ آب، تعیین می‌نمایند.

میزان مقاومت در برابر فشار آب با واحد ATM (اتمسفر) بیان می‌شود؛ هر اتمسفر معادل ۱۰ متر عمق آب است. در ادامه می‌توانید میزان مقاومت دستگاه‌ها را در مقابل نفوذ آب بر اساس واحد اتمسفر، مشاهده کنید.

میزان مقاومت در برابر فشار آب
رتبه‌بندی بر اساس فشار میزان مقاومت کاربری

۱ اتمسفر

(1ATM)

مقاومت تا عمق ۱۰ متری آب (۳۳ فوت) باران و پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه (این دستگاه‌ها برای استفاده در زیر دوش حمام و شنا کردن، مناسب نیستند)

۳ اتمسفر

(3ATM)

مقاومت تا عمق ۳۰ متری آب (۹۸ فوت) باران، پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه، افتادن اتفاقی در آب و زیر دوش حمام (این دستگاه‌ها برای شنا کردن، مناسب نیستند)

۵ اتمسفر

(5ATM)

مقاومت تا عمق ۵۰ متری آب (۱۶۴ فوت) باران، پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه، افتادن اتفاقی در آب، زیر دوش حمام، شنا کردن در سطح آب، شنا کردن زیر آب تا عمق کم

۱۰ اتمسفر

(10ATM)

مقاومت تا عمق ۱۰۰ متری آب (۳۲۸ فوت) باران، پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه، افتادن اتفاقی در آب، زیر دوش حمام، شنا کردن، شنا با اسنورکل (لوله‌ی تنفسی)، غواصی در عمق کم و ورزش‌های آبی (این دستگاه‌ها برای غواصی در عمق زیاد، مناسب نیستند)

۲۰ اتمسفر

(20ATM)

مقاومت تا عمق ۲۰۰ متری آب (۶۵۶ فوت) باران، پاشیدن مستقیم آب روی دستگاه، افتادن اتفاقی در آب، زیر دوش حمام، شنا کردن، شنا با اسنورکل (لوله‌ی تنفسی)، غواصی در عمق کم و ورزش‌های آبی (این دستگاه‌ها برای غواصی در عمق زیاد، مناسب نیستند)

متأسفانه از آن‌جایی که هیچ روش آزمایش جهانی وجود ندارد، کاربری این دستگاه‌ها در دنیای واقعی برای هر کدام، متفاوت است؛ برای مثال درحالی که Forerunner 735XT گارمین دارای مقاومت ۵ اتمسفری در برابر نفوذ آب است، سازنده‌ی آن اعلام می‌کند که این ساعت در زیر دوش حمام و همچنین به‌هنگام شنا کردن، نمی‌تواند در مقابل نفوذ آب از خود مقاومت نشان دهد. از طرفی دیگر، شرکت فیت‌بیت در بخش توضیحات یکی از محصولاتش به‌نام Surge (که از قضا مقاومت ۵ اتمسفری دارد) گفته است کاربران باید قبل از شنا کردن، آن را از دست خود در بیاورند. 

نکته‌ی حائز اهمیت این است که تمامی ارقام یادشده در جدول بالا، در حقیقت بیان‌گر فشار استاتیک هستند. فشار آب می‌تواند در کسری از ثانیه با برخی کارها نظیر حرکت دادن دست برای شنا کردن، تغییر کند. برای نمونه، ممکن است شما در عمق ۱۰ متری آب باشید، اما بر اثر حرکت دست‌تان، فشار بیشتری از ۱ اتمسفر روی ساعت ایجاد شود. بنابراین، بهترین کار این است که پیش از خرید هر محصول، به وب‌سایت رسمی سازنده رجوع و تمامی توضیحات مربوط به آن را مطالعه کنید.

نکات مهم

  • اکثر آزمایش‌های یادشده در آب شیرین انجام می‌گیرند. هیچ‌یک از شرکت‌ها تضمین نمی‌دهند که دستگاه‌شان در آب شور از خود مقاومت نشان دهد (مگر این‌که در مواردی خاص، خود شرکت در بخش توضیحات محصول، این موضوع را ذکر کند).
  • گرچه به‌طور معمول بردن دستگاه‌های دارای گواهی IP به زیر دوش حمام توصیه نمی‌شود، اما اگر به‌صورت تصادفی هم یادتان برود ساعت خود را قبل از حمام رفتن در بیاورید، مشکلی ایجاد نخواهد شد. با این‌همه، اگر دستگاه برای زمانی طولانی در معرض آب باشد، مقاومت خود را از دست می‌دهد و آب به درون آن نفوذ می‌کند؛ در اکثر مواقع هم آسیب‌دیدن محصولات بر اثر نفوذ آب، شامل گارانتی نمی‌شود.
  • اکثر آزمایش‌ها در دمای بین ۱۵ تا ۳۵ درجه‌ی سانتی‌گراد انجام می‌گیرند؛ این یعنی مکان‌هایی نظیر سونا، اتاق بخار و جکوزی که دمای هوا در آن‌ها به‌مراتب بیشتر است، می‌توانند به دستگاه آسیب برسانند. برای مثال، ساعت پبل تنها در بازه‌ی دمایی ۱۰- تا ۶۰ درجه‌ی سانتی‌گراد به‌درستی کار می‌کند.
  • به دلایلی کاملا واضح، بندهای ساعت که از جنس چرم هستند، در مقابل نفوذ آب از خود مقاومت نشان نمی‌دهند.
  • قبل از این‌که دستگاه خود را در معرض آب قرار دهید، حتما مطمئن شوید که بخش‌هایی نظیر درگاه شارژ، به‌خوبی پوشیده شده‌اند.
  • در اکثر موارد، نباید دکمه‌های روی دستگاه خود را در زیر آب فشار دهید (مگر این‌که خلاف این موضوع، توسط سازنده ذکر شده باشد)؛ چرا که این کار می‌تواند منجر به نفوذ آب به درون دستگاه و آسیب‌دیدن آن بشود.
  • قبل از شارژ دستگاه‌ها، مطمئن شوید که کاملا خشک هستند.

غول تایوانی صنعت نیمه‌هادی و پردازنده‌ها ،برند TSMC،

شرکت ساخت‌وتولید محصولات نیمه‌هادی تایوان یا TSMC یکی از بزرگ‌ترین بازیگران صنعت پردازنده در جهان محسوب می‌شود که با غول‌های فناوری همکاری نزدیکی دارد.

شرکت Taiwan Semiconductor Manufacturing Company مشهور به TSMC بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ی مستقل محصولات نیمه‌هادی در جهان محسوب می‌شود که مرکز فعالیت آن در تایوان و پارک علوم و صنعت شهر سینچو قرار دارد. شرکت تایوانی از همان زمان تأسیس تصمیم گرفت تا به‌‌صورت اختصاصی یک مرکز تولیدی تراشه و نیمه‌هادی باشد و امروز نیز به‌عنوان پیمانکار تولیدی بسیاری از بزرگان دنیای فناوری شناخته می‌شود.

TSMC در سال‌های پایانی دهه‌ی ۱۹۸۰ تأسیس و از همان ابتدا، تولید ریزتراشه برای دیگر فعالان صنعت نیمه‌هادی به‌عنوان مأمورت اصلی آن انتخاب شد. در آن زمان تراشه‌ها به‌صورت داخلی و در همان مراکز ساخت غول‌های صنعت مدارهای یکپارچه همچون اینتل و NEC تولید می‌شدند. وقتی ظرفیت تولید آن شرکت‌ها از نیازشان بیشتر شد، به تولید تراشه برای دیگر طراحان نیمه‌هادی روی آوردند. تأسیس TSMC و دیگر شرکت‌های مشابه، دوران تازه‌ای را برای این صنعت رقم زد که در آن شرکت‌های با ظرفیت بالای طراحی تراشه، دیگر نیازی به سرمایه‌گذاری در بخش تولید ندارند.

غول تایوانی صنعت تراشه امروز ۵۶ درصد از سهم جهانی صنعت را در اختیار دارد. آن‌ها با ۴۵۰ شرکت طراحی تراشه در سرتاسر جهان همکاری می‌کنند. از شرکا و مشتریان شرکت تایوانی در این صنعت می‌توان به کوالکام، انویدیا، زیرمجوعه‌ی تولید تراشه‌ی هواوی یعنی های‌سیلیکون و مدیاتک اشاره کرد.

تاریخچه‌ی تأسیس

دولت تایوان در سال ۱۹۸۷ شرکت TSMC را با همکاری شرکت هلندی فیلیپس الکترونیکس تأسیس کرد. هدف اصلی از تأسیس شرکت، نمایش و بهره‌برداری از پیشرفت‌های بی‌شمار تایوانی‌ها در صنعت نیمه‌هادی بود. موریس چانگ به‌عنوان اولین مدیر شرکت انتخاب شد. دولت تایوان در سال ۱۹۸۵ از او دعوت کرده بود تا به شرکت بازگردد و به توسعه‌ی صنعت نیمه‌هادی کمک کند. چانگ در چین پرورش یافته و فارغ‌التحصیل دانشگاه‌های بزرگ MIT و استنفورد بود. او دکتری مهندسی برق داشت و پیش از بازگشت به تایوان، به‌عنوان مدیر شرکت General Instrument Corp فعالیت می‌کرد.

تأسیس TSMC در سال ۱۹۸۷ نفش تسهیل‌گری در تکامل صنعت نیمه‌هادی تایوان داشت. آن‌ها ازهمان ابتدا فرایندهای تولیدی جدید و حرفه‌ای را به ساختار خود اضافه کردند که قدرت تایوان را در طراحی تراشه به رخ جهانیان می‌کشید. اضافه کردن ساختارهای تولیدی جدید به کارخانه در همان چهار سال اول فعالیت با سرعت انجام شد. تا سال ۱۹۹۲ انواع فرایندهای به‌روز تولید و آزمایش تراشه‌های کامپیوتری در TSMC پیاده‌سازی می‌شدند و استانداردهای لازم نیز از سازمان‌های بزرگی همچون VLSI دریافت شده بود.

فرایند تولید بر مبنای ویفر (Wafer) از مهم‌ترین دستاوردهای TSMC در سال‌های ابتدایی بود. آن‌ها ابتدا به‌عنوان یک تولیدکننده با تجهیزات ۶ اینچی و فرایند تولید ویفر دو میکرون فعالیت می‌کردند، اما در سال ۱۹۹۱ اولین دستاورد تاریخ‌ساز را رقم زدند. در آن سال TSMC از محدودیت تولید ویفرهای یک میکرونی عبور کرد.TSMC با همکاری دولت تایوان و شرکت هلندی فیلیپس تأسیس شد

هدف اولیه‌ی TSMC کمک به مراکز طراحی تراشه‌ی تایوان بود. تایوانی‌‌ها همیشه به طراحی‌های حرفه‌ای تراشه و نیمه‌هادی مشهور بودند، اما تمایلی به ورود جدی به فرایندهای تولیدی نداشتند. به‌هرحال پس از چند سال فعالیت و همکاری با طراحان داخلی، نوبت به توسعه‌ی بین‌المللی رسید و TSMC به سرعت به شرکتی جهانی تبدیل شد. آن‌ها پس از چند سال به انواع شرکت‌های بین‌المللی که کارخانه‌ی تولید نیمه‌هادی نداشتند، خدمت‌رسانی می‌کردند.

سرعت رشد TSMC در سال‌های ابتدایی به‌حدی بالا بود که آن‌ها در سال ۱۹۹۲ لقب بزرگ‌ترین کارخانه‌ی سیلیکونی جهان را به خود اختصاص دادند که تراشه‌های اختصاصی را برای شرکت‌های دیگر تولید می‌کرد. در آن زمان ۲۵۰ مهندس پردازش در خدمت شرکت تایوانی بودند و به‌نوعی TSMC در مرز فناوری نیمه‌هادی حرکت می‌کرد. ۸۰ در صد از تولید SRAM تایوان توسط این شرکت انجام می‌شد. به‌علاوه نیمه‌هادی‌های دیگر همچون DRAM و EPROM هم در سبد تولید TSMC بودند که در مجموع درآمد شرکت را در سال ۱۹۹۲ به ۲۴۵ میلیون دلار می‌رساند.

اوج‌گیری تقاضا برای تراشه‌های کامپیوتری

تا سال ۱۹۹۴ تقاضا برای تراشه‌های کامپیوتری به اوج خود رسید. کاربردهای جدید رسانه‌ای و پردازش قابل حمل به‌مرور کاربران و کارشناسان بیشتری را به دنیای کامپیوتر جذب می‌کردند. TSMC در ابتدای سال خبر از برنامه‌ریزی برای تأسیس کارخانه‌ی تولیدی جدید برای ساخت تراشه‌های هشت اینچی مبتنی بر فناوری ویفر داد. کارخانه‌ی جدید، خروجی محصولات شرکت را به مجموع یک میلیارد دلار می‌رساند. هزینه‌های ساخت کارخانه‌ی جدید (سومین کارخانه‌ی TSMC) نیز حدود ۸۰۰ میلیون دلار برآورد شد. به‌هرحال روند ساخت کارخانه برای شرکت تایوانی که در دو جبهه‌ی تراشه‌های منطقی و حافظه فعالیت می‌کرد، فشار زیادی را به همراه داشت، اما درنهایت با موفقیت به پایان رسید.

TSMC در سال ۱۹۹۴ سهام خود را به‌صورت عمومی در بازار سهام تایوان عرضه کرد. پیش از پایان سال رخداد مهم‌تری برای شرکت پیش آمد و آن‌ها قرارداد همکاری بزرگی را با AMD امضا کردند تا خدمات تولیدی را برای پردازنده‌های AM486 این شرکت ارائه کنند. در آن سال فروش شرکت به ۷۴۴ و سود عملیاتی به ۳۲۵ میلیون دلار رسید. افزای فروش ۶۰ درصدی کل صنعت نیمه‌هادی در خلال سال‌های ۱۹۹۲ تا ۱۹۹۴ باعث شده بود تا ظرفیت تولید مبتنی بر فناوری ویفر به‌صورت جهانی با کاهش روبه‌رو شود. درنتیجه ۶۰ درصد از خدمات TSMC به شرکت‌های نیمه‌هادی بدون کارخانه ارائه می‌شد و ۴۰ درصد دیگر به شرکت‌هایی اختصاص می‌یافت که با کاهش توان تولید مواجه شده بودند. در آن زمان سود عملیاتی شرکت تایوانی به ۴۹ درصد رسیده بود که بالاترین میزان در صنعت محسوب می‌شد.

افزایش تقاضا برای تولید تراشه در شرکت تایوانی، آن‌ها را به تأسیس کارخانه‌ی جدید وا داشت. در سال ۱۹۹۵ خبر ساخت کارخانه‌ای جدید برای محصولات هشت اینچی منتشر شد که هزینه‌ای حدود ۱/۲ میلیارد دلار داشت. کارخانه‌ی چهارم TSMC‌ برای ساخت مبتنی بر فناوری ویفر ۰/۴ میکرون طراحی می‌شد و قرار بود در آینده به فناوری ۰/۲۵ میکرون برسد. برنامه‌ی TSMC‌ یک نسل جلوتر از دیگر تولیدکننده‌های تایوانی بود که از فناوری‌های ۰/۵ تا ۰/۳۵ میکرون استفاده می‌کردند.

فرایند ساخت کارخانه‌ی جدید در نوامبر ۱۹۹۵ شروع شد. بخشی از سرمایه‌ی آن از صندوق‌های سرمایه‌گذاری تأمین می‌شد که مشتریان برای اطمینان از فعالیت بلندمدت TSMC‌ ایجاد کرده بودند. چنین سبکی از سرمایه‌گذاری در میانه‌های سال ۱۹۹۵ توسط TSMC‌ مطرح شد تا علاوه بر افزایش سرمایه‌های ورودی، همکاری و وفاداری شرکای تجاری را نیز افزایش دهد.

از سال ۱۹۹۳ تا ۱۹۹۵ ظرفیت تولید ویفرهای ۶ اینچی در TSMC‌ تقریبا دو برابر شد. آن‌ها ظرفیت خود را از ۶۶۵ هزار در سال ۱۹۹۳ به ۱/۲ میلیون ویفر در سال ۱۹۹۵ رساندند. کارخانه‌های ۶ اینچی شرکت تایوانی با نام‌های Fab 1، Fab 2a و Fab 2B با حداکثر ظرفیت فعالیت کرده و هر ماه ۱۰۰ هزار ویفر تولید می‌کردند. برنامه‌های توسعه‌ای اینگونه تنظیم شدند که Fab 3 متمرکز بر ویفرهای هشت اینچی، تا سال ۱۹۹۷ به ظرفیت تولید ۲۲ هزار ویفر در ماه برسد و در سال ۱۹۹۸، ظرفیت را به ۳۵ هزار ویفر در ماه افزایش دهد. شروع فعالیت Fab 4 برای سال ۱۹۹۷ برنامه‌ریزی و ظرفیت تولیدی آن نیز برای سال ۱۹۹۸ روی ۲۵ هزار ویفر تنظیم شد. برنامه‌ی توسعه‌ای دیگر، ساخت کارخانه‌ی Fab 5 بود که طرح آن در سال ۱۹۹۵ اعلام شد.ظهور شرکت‌هایی همچون TSMC از همه بیشتر برای طراحان تراشه مفید بود

سال ۱۹۹۵ با همکاری بزرگی برای TSMC همراه بود. خبر تأسیس کارخانه‌ی مشترک با شرکت Altera در آمریکا، در همین سال رسانه‌ای شد و تایوانی‌ها یک قدم به سلطه بر بازارهای جهانی نزدیک‌تر شدند. ابتدا مناطقی در اورگان و بریتیش کلمبیا برای سایت جدید شرکت تایوانی بررسی شدند، اما درنهایت کاماس در واشنگتن به‌عنوان محل نهایی انتخاب شد. کارخانه‌ی جدید با هدف رسیدن به ظرفیت ۳۰ هزار ویفر هشت اینچی در ماه طراحی شد که ابتدا فناوری ۰/۳۵ میکرونی و سپس ۰/۲۵ میکرونی را به کار می‌گرفت.

تا سال ۱۹۹۶ دو شریک جدید برای همکاری در ساخت کارخانه‌ی آمریکایی با TSMC توافق‌نامه امضا کردند. Analog Devices و Integrated Silicon Solutions شرکت‌هایی بودند که به ترکیب سازنده‌ها اضافه شدند تا کارخانه درنهایت به‌نام WaferTech ساخته شود. آلترا با سرمایه‌گذاری ۱۴۰ میلیون دلاری در کارخانه‌ی مذکور، ۱۸ درصد از سهام مالکیت آن را در اختیار می‌گرفت. سهام دو شرکت بعدی نیز به‌ترتیب ۱۸ و چهار درصد بود. سرمایه‌گذاران خصوصی دیگر هم سه درصد و TSMC به‌عنوان مالک اصلی ۵۷ درصد از سهام مالکیت را در اختیار گرفت.

فعالیت در آمریکا فرصت ورود به بازار سهام این کشور را برای TSMC فراهم کرد. آن‌ها در سال ۱۹۹۶ به‌عنوان اولین شرکت تایوانی وارد بازار بورس نیویورک شدند با فروش ۳۰۵ میلیون سهم، سرمایه‌ای بالغ بر ۵۰۰ میلیون دلار جذب کردند. تا آن زمان فیلیپس هنوز ۳۵ درصد از سهام مالکیت TSMC را در اختیار داشت. سال ۱۹۹۶ باز هم با افزایش درآمد و فروش برای شرکت تایوانی همراه بود که فروش را به ۱/۴۵ میلیارد دلار و درآمد را به ۷۱۸/۵ میلیون دلار رساند.

چالش و تداوم توسعه در سال‌های پایانی قرن بیستم

سال ۱۹۹۷ با پیش‌بینی کاهش فروش و کاهش ۵۰ درصدی سود برای TSMC همراه بود. ازطرفی تایوانی‌ها به‌خاطر مازاد ظرفیت و افزایش شانس رقابت تصمیم به کاهش قیمت‌ها گرفتند. یکی از رقبای بزرگ هم‌وطن TSMC در آن سال‌ها United Microelectronics بود که در ۱۸ ماه منتهی به سال ۱۹۹۷ توانست به نزدیک‌ترین رقیب TSMC تبدیل شود. آن‌ها جایگاه Chartered Semiconductor Manufacturing از سنگاپور را به‌عنوان بزرگ‌ترین رقیب TSMC تصاحب کرده و با تأسیس سه شرکت مستقل تولیدی و چندین مرکز طراحی در آمریکا، تهدیدی جدی را برای هم‌وطن خود ایجاد کردند.

UMC به‌عنوان نزدیک‌ترین رقیب TSMC کاهش قیمت‌ها را به‌عنوان اولویت در نظر گرفته بود. در سال ۱۹۹۷، دونالد بروکس که از سال ۱۹۹۷ مدیر TSMC بود، استعفا داد و مورس چانگ جایگزین او شد. بروکس به‌سرعت به شرکت رقیب پیوست و به‌عنوان مدیر واحد بین‌المللی آن‌ها در سان‌ویل کالیفرنیا مشغول به کار شد.

در دورانی که رقابت در صنعت تولید تراشه به اوج رسیده بود، TSMC از برنامه‌ی توسعه‌ای همه‌جانبه رونمایی کرد. آن‌ها برنامه‌ای نیازمند ۱۴/۵ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری را مطرح کردند که با هدف ساخت ۶ کارخانه‌ی تولید تراشه‌های هشت اینچی و ۱۲ اینچی و چند کارخانه‌ی دیگر به جریان می‌افتاد. به‌علاوه برنامه‌ی همکاری با دولت محلی تایوان و تأسیس پارک علم و فناوری در منطقه‌ی تاینان هم در دستور کار مدیران قرار داشت. TSMC تصمیم داشت تا با سرمایه‌گذاری ۱/۴ میلیارد دلاری، کارخانه‌ی Tab 6 را در آن منطقه تأسیس کند.

در میانه‌های سال ۱۹۹۷، ظرفیت تولیدی TSMC به‌صورت کامل توسط مشتریان رزرو شده بود. مشتریان در حوزه‌های کامپیوتر شخصی، محصولات الکترونیکی مخصوص مصرف‌کننده و مدارهای مجمتع صنعت ارتباطات، انواع سفارش تولید تراشه را به شرکت تایوانی ارسال کرده بودند. به‌علاوه شرکت ژاپنی فوجیتسو هم به جمع مشتریان اضافه شده بود و سهم عمده‌ای از خدمات را طلب می‌کرد.

وضعیت تقاضا برای نیمه‌هادی‌ها از سال ۱۹۹۶ رو به افول بود. با این وجود TSMC امکانات مناسبی را در اختیار کارمندان قرار می‌داد و حقوق و مزایای آن‌ها را در سطح بالایی نگه می‌داشت. پرداخت سهام به‌عنوان مزایا بخشی از فعالیت‌های شرکت برای کارمندان بود که تنها در سال ۱۹۹۶، بیش از ۱۰۰ میلیون سهم را بین چهار هزار کارمند شرکت تقسیم کرد. در آن سال‌ها سهام TSMC با قیمت ۵ الی ۶ دلار به فروش می‌رفت. در سال ۱۹۹۷ و با وجود اوج‌گیری رقابت در صنعت تراشه، درآمد شرکت تایوانی ۱/۳۷ میلیارد دلار اعلام شد و آن‌ها به پیش‌گامی در صنعت تولید نیمه‌هادی ادامه دادند.

پیش‌بینی TSMC و کارشناسان بازار برای سال ۱۹۹۸، کاهش سرعت رشد صنعت نیمه‌هادی را نشان می‌داد. ازطرفی تمامی ظرفیت تولیدی شرکت برای فصل اول آن سال رزرو شده بود که آن‌ها را به افزایش ظرفیت تولید به میزان ۴۰ درصد در بخش تراشه‌های هشت اینچی وا داشت. به‌همین دلیل برنامه‌ی افزایش تولید در کارخانه‌های هشت اینچی و ساخت کارخانه‌های جدید در دستور کار قرار گرفت. دو کارخانه‌ی جدید برای ساخت در پارک علم و صنعت تاینان برنامه‌ریزی شدند. WaferTech نیز برای شروع تولید در میانه‌ی آن سال آماده می‌شد.همکاری با بزرگان صنعت، امکان توسعه‌ی فعالیت به کشورهای دیگر را فراهم کرد

یکی از قراردادهای مهم TSMC در سال‌های پایانی قرن بیستم، با شرکت Artisan Components امضا شد که فروش مالکیت‌های معنوی آن شرکت را به مشتریان TSMC ممکن می‌کرد. مالکیت‌های معنوی Artisan در انواع حوزه‌ها از تراشه‌های حافظه‌‌ای، سلول‌های استاندارد و تراشه‌های ورودی/خروجی و مبتنی بر فناوری ۰/۲۵ میکرونی طراحی می‌شدند. توافق دو شرکت از این لحاظ اهمیت داشت که طراحی‌های مالکیت معنوی هماهنگ با ظرفیت تولیدی TSMC به مشتریان ارائه می‌شد. درنهایت از نیمه‌ی دوم سال ۱۹۹۸، کتابخانه‌ی مالکیت‌های معنوی Artisan در اختیار مشتریان TSMC قرار گرفت.

در میانه‌های سال ۱۹۹۸، چالش‌های صنعت نیمه‌هادی به‌مرور خود را به فعالان نشان می‌داد. تقاضا و قیمت محصولات به‌صورت هم‌زمان کاهش یافته بود. TSMC با وجود شروع سال کاری با ظرفیت کامل، در میانه‌ی سال با ظرفیت ۸۰ درصد فعالیت می‌کرد. درنتیجه تایوانی‌ها اعلام کردند که هزینه‌های خود را برای آن سال از ۱/۳ میلیارد به ۹۲۰ میلیون دلار کاهش خواهند داد. به‌علاوه برنامه‌ریزی هزینه‌ای سال بعد نیز بین ۸۰۰ تا ۹۰۰ میلیون دلار اعلام شد.

در سال ۱۹۹۸ و در اوج چالش‌های کاهش تقاضا در صنعت، مدیر جدیدی به‌نام اف‌سی سنگ در TSMC شروع به کار کرد. از لحاظ برنامه‌های تولیدی فنی، پوشش‌دهی فلزی مس و فرایندهای تولیدی ۰/۱۸ میکرونی برای سال ۱۹۹۹ اعلام شد. درواقع تایوانی‌ها در آن زمان با وجود تمام چالش‌ها تلاش می‌کردند تا روندهای تولیدی خود را با بزرگ‌ترین رقبا همچون اینتل، IBM و NEC هم‌گام کنند.

TSMC در ادامه‌ی روند توسعه‌ی قرن بیستم، همکاری جدیدی را با فیلیپس و صندوق سرمایه‌گذاری EDB در سنگاپور شروع کرد تا به‌صورت مشترک، یک کارخانه‌ی تولیدی در سنگاپور تأسیس کند. پروژه‌ی مذکور هزینه‌ای بالغ بر ۱/۲ میلیارد دلار داشت و برای شروع فعالیت در سال ۱۹۹۹ در Pasir Ris Wafer Fab Park سنگاپور آماده می‌شد.

در سال ۱۹۹۸ تغییراتی در سیستم مدیریت بین‌الملل شرکت ایجاد شد. ران نوریس مدیر زیرمجموعه‌ی TSMC در سن خوزه‌ی آمریکا ارتقاء شغلی دریافت کرد و به‌عنوان معاون ارشد فروش و بازاریابی جهانی مشغول به کار شد. تا پایان سال ۱۹۹۸ درآمد شرکت تایوانی با رشد ۱۴/۶ درصدی نسبت به سال قبل به ۱/۵۶ میلیارد دلار رسید. البته سود TSMC از ۵۵۹/۵ میلیون دلار به ۴۷۷/۹ میلیون دلار کاهش یافت.

افزایش ظرفیت تولید

سال ۱۹۹۹ با افزایش فروش قابل توجهی در دسته‌ی ویفرهای ۰/۲۵ میکرونی برای TSMC همراه بود. افزایش تقاضا باعث شد تا عملکرد فصل اول آن سال، بسیار بهتر از فصل اول سال ۱۹۹۸ باشد. در آن سال قرارداد مهمی با موتورولا امضا شد که تصمیم داشت ۳۵ درصد از فعالیت‌های تولید نیمه‌هادی خود را برون‌سپاری کند. تفاهم‌نامه‌ی جدید به TSMC امکان می‌داد تا از فرایندهای CMOS موتورولا در معماری‌های ۰/۳۵ و ۰/۳۵ میکرون استفاده کرده و آن‌ها را به فرایندهای تولید نیمه‌هادی خود اضافه کند. به‌علاوه موتورولا نیز به فناوری‌های مرتبط شرکت تایوانی دست پیدا می‌کرد.

فناوری تولید ۰/۱۸ میکرونی در سال‌های پایانی قرن بیستم، مزیت اصلی و نقطه‌ی پیشرفت TSMC بود. شرکت با پیشرفت در این حوزه تصمیم گرفت تا هزینه‌های خود را در سال ۱۹۹۹ به ۱/۲۶ میلیارد دلار افزایش دهد. افزایش هزینه‌ها با هدف افزایش ظرفیت تولید ۰/۱۸ میکرونی در کارخانه‌های تایوان و همچنین WaferTech انجام می‌شد. فناوری تولید اینترکانکت مسی هم در دستور کار تایوانی‌ها قرار داشت که تولید انبوه آن برای سال ۲۰۰۰ برنامه‌ریزی شده بود.

 TSMC هم مانند بسیاری از فعالان بزرگ دنیای فناوری، علاوه بر توسعه‌ی داخلی از خرید و ادغام هم برای گسترش فعالیت‌ها استفاده می‌کرد. آن‌ها ۱۷۰ میلیون دلار در Acer Semiconductor Manufacturing سرمایه‌گذاری کرده و ۳۰ درصد از سهام آن را در اختیار گرفتند. زیرمجموعه‌ی ایسر در صنعت نیمه‌هادی، پروژه‌های تولید تراشه را برای شرکت‌های IBM و فوجیتسو انجام می‌داد. TSMC با سرمایه‌گذاری در این شرکت قصد داشت تا کارخانه‌های تولیدی آن‌ها را به مراکز اختصاصی تولید نیمه‌هادی تبدیل کند. درنتیجه‌ی این همکاری شرکتی به‌نام TSMC-Acer هم تأسیس شد که اف‌سی سنگ مدیر TSMC به‌عنوان رئیس هیئت‌مدیره‌ی آن هم فعالیت می‌کرد.به‌کارگیری جدیدترین فناوری‌های تولیدی همیشه در دستور کار مدیران TSMC قرار دارد

فصل دوم سال ۱۹۹۹ با رکوردشکنی فروش برای TSMC همراه بود. آن‌ها در ماه ژوئیه به فروشی دست یافتند که تقریبا دو برابر مدت مشابه در سال قبل بود. در آن سال علاوه بر برنامه‌ریزی توسعه در سنگاپور و توسعه‌ی ایسر، تأسیس مراکز تولیدی در اروپا هم در دستور کار مدیران قرار داشت. در همان سال زلزله‌ی بزرگی هم در تایوان رخ داد که در تاریخ آن جزیره بی‌سابقه بود. البته خسارت زیادی به زیرساخت‌های TSMC وارد نشد و آن‌ها حتی هفت میلیون دلار به فعالیت‌های بازسازی کمک مالی واریز کردند. تمامی فعالیت‌های تولیدی TSMC یک هفته پس از زلزله و با ظرفیت ۹۰ درصد از سر گرفته شد.

پایان قرن بیشتم با افزایش ۸۰ درصدی تقاضا برای محصولات ویفر TSMC نسبت به سال قبل همراه بود. شرکت افزایش ظرفیت به میزان ۱۰ درصد را پیش‌بینی کرد و گزارش‌های مالی خارق‌العاده‌ای هم برای آن سال منتشر کرد. فروش ۲/۳۵ میلیارد دلاری همراه‌با سود ۷۹۲ میلیون دلاری، آماری عالی برای شرکت تایوانی بود.

کارخانه‌ی جدید TSMC در پایان ۱۹۹۹ در دستور کار ساخت قرار گرفت. مرکز تولیدی که به‌نام Fab 12 در تایوان برنامه‌ریزی می‌شد و شروع فعالیت‌های تولیدی آن، سال ۲۰۰۲ اعلام شد. کارخانه‌ی مذکور که با هزینه‌ی ۲ میلیارد دلار ساخته می‌شد، نقش مرکز تحقیق و توسعه‌ی پیشرفته را نیز برای تایوانی‌ها ایفا می‌کرد.

شرکت TSMC-Acer در سال ۲۰۰۰ و با پرداخت ۹۰ میلیون دلار به ایسر، به‌طور کامل به زیرمجموعه‌ای از TSMC تبدیل شد. خرید مذکور، ماهانه ۴۰ هزار ویفر به ظرفیت تولید شرکت اضافه کرد. در همان ماه شرکت Worldwide Semiconductor Manufacturing هم با پرداخت ۵۵۰ میلیون دلار به‌صورت سهام، به زیرمجموعه‌ی TSMC پیوست. WSMC در سال ۱۹۹۶ تأسیس شده بود و به‌عنوان سومین کارخانه‌ی بزرگ تایوان فعالیت می‌کرد.

TSMC در آستانه‌ی قرن بیستم با بیش از ۴۰ کتابخانه‌‌ی مالکیت معنوی نیمه‌هادی و مرکز طراحی همکاری می‌کرد. همکاری‌های مذکور توانایی ارائه‌ی خدمات متنوعی را به شرکت تایوانی می‌داد که در بازار جدید SOC، موقعیت بسیار خوبی محسوب می‌شد. در نیمه‌ی دوم سال ۲۰۰۰ همکاری مهم دیگری برای توسعه‌ی فعالیت‌ها برنامه‌ریزی و National Semiconductor Corp در سانتا کلارا کالیفرنیا با TSMC وارد همکاری شد.

تا پایان سال ۲۰۰۰، شراکت  با فیلیپس در سنگاپور هم به شرایط تولید رسیده بود و اولین قطعات سیلیکونی از آن خارج شدند. به‌علاوه در همان سال سهام همه‌ی شرکا در WaferTech خریداری شد و TSMC کنترل کامل را در دست گرفت. از لحاظ فناوری، معماری ۰/۱۳ میکرونی به فرایندهای تولیدی شرکت اضافه شدند و TSMC به‌عنوان اولین تولیدکننده‌ی ویفرهای ۳۰۰ میلی‌متری شناخته شد. ویفرهای مذکور در Fab 6 تایوان تولید می‌شدند.

سال ۲۰۰۱ برای هر دو تولیدکننده‌ی بزرگ بازار تراشه با کاهش تولید همراه بود. TSMC و رقیب اصلی یعنی UMC تصمیم به کاهش تولید گرفتند و تا میانه‌ی سال ظرفیت تولید را به ۴۵ درصد کاهش دادند. غول تایوانی با وجود کاهش تولید، برنامه‌های توسعه‌ی فناوری را در دستور کار فرار داد. آن‌ها اولین مدیر ارشد فناوری خود را در همان سال انتخاب کردند. یکی از مشهورترین دانشمندان حوزه‌ی نیمه‌هادی به‌نام چنمینگ هو، اولین مدیر ارشد فناوری در TSMC شد.

سال‌های اخیر و وضعیت کنونی TSMC

توسعه‌ در دهه‌ی ۲۰۰۰ با افزایش ثابت فروش و سلطه بر بازار نیمه‌هادی همراه بود. TSMC در همکاری با بزرگانی همچون کوالکام، انویدیا، AMD، مدیاتک، مارول و برودکام در لبه‌ی فناوری نیمه‌هادی و صنعت ریخته‌گری تراشه حرکت می‌کرد. به‌علاوه شرکت‌های متعدد نوپا و فعال در صنعت طراحی تراشه نیز با تایوانی‌ها همکاری می‌کردند و روند رو به رشد، توقف زیادی را تجربه نمی‌کرد.

با شروع دهه‌ی ۲۰۱۰ مفهوم نانومتری بیش‌ازپیش به صنعت تراشه وارد شده بود. تایوانی‌ها در سال ۲۰۱۰ خبر از ساخت مرکز تولیدی مبتنی بر فناوری‌های ۴۰ و ۲۸ نانومتری دادند که سرمایه‌گذاری در حدود ۹/۳ میلیارد دلار نیاز داشت. کارخانه‌ی جدید که به‌نام Fab 15 فعالیت خود را شروع می‌کرد، سومین پلتفرم TSMC بود که ظرفیت تولید بیش از ۱۰۰ هزار محصول ۱۲ اینچی در ماه داشت. به‌علاوه آن کارخانه دومین مرکز با ظرفیت بالا در ساخت مبتنی بر فناوری ۲۸ نانومتری بود.روند افزایش درآمد تا سال‌های اخیر هم برای TSMC ادامه داشته است

برنامه‌ی ساخت اولین کارخانه‌ی دهه‌ی ۲۰۱۰ TSMC با طراحی دقیق و مبتنی بر برنامه‌ریزی‌های تولید، درآمد و حتی حفظ محیط زیست انجام می‌شد. کارخانه‌ی مذکور در شهر تایچونگ با جمعیت نزدیک به یک میلیون نفر ساخته شد و شامل دو کارگاه و یک ساختمان مدیریت بود. مساحت مرکز تولیدی آن ۴۳۰ هزار متر مربع اعلام شد و مساحت اتاق‌های اداری نیز ۱۰۴ هزار متر مربع را اشغال می‌کند.

از استانداردهای زیست‌محیطی که در ساخت کارخانه‌ی جدید TSMC در تایوان رعایت شدند، می‌توان به تنظیم‌گری‌های قانونی اشاره کرد که قبلا توسط آن‌ها پذیرفته شد. به‌عنوان مثال شرکت تایوانی باید در کارخانه‌ی جدید استفاده از آب باران، بازیافت گرما، استفاده از انرژی خورشیدی و منابع نوری LED را لحاظ می‌کرد. درنهایت هشت هزار شغل جدید نیز با تأسیس کارخانه در مرکز تایوان، ایجاد شدند.

سال ۲۰۱۱ با خبری مهم برای TSMC همراه بود که آن‌ها را بیش‌ازپیش از بازار نیمه‌هادی به شهرت رساند. اخبار همکاری شرکت تایوانی با اپل در تولید تراشه‌های آیفون و آیپد، اهمیت بالایی در دنیای نیمه‌هادی داشت. کوپرتینویی‌ها تولید پردازنده‌های A5 و A6 را به شرکت تایوانی سفارش دادند. سه سال بعد، پردازنده‌های A8 و A8x نیز توسط TSMC تولید شدند. نسل بعدی پردازنده‌های موبایلی اپل یعنی A9 به‌صورت مشترک توسط سامسونگ و TSMC ساخته شد تا ظرفیت تولید برای شرکت آمریکایی افزایش یابد. در نهایت پردازنده‌های A9x و A10 اپل نیز به‌صورت اختصاصی توسط TSMC ساخته شدند. رخدادهای مذکور به‌مرور اپل را به مهم‌ترین مشتری TSMC تبدیل کردند.

آمارهای درآمدی ۲۰۱۷ و ۲۰۱۸ شرکت TSMC

ورود TSMC به صنعت موبایل با سودآوری و همچنین شهرت و اعتبار بالایی برای آن‌ها همراه بود. شرکت تایوانی در سال ۲۰۱۷ مجددا در بخش درآمد رکوردشکنی کرد که سهم عمده‌ی آن را مدیون صنعت موبایل و سیستم‌های استخراج رمزارز بود. سود خالص شرکت در آن سال به ۱۱/۶ میلیارد دلار رسید که نسبت به سال قبل رشد ۲/۷ درصدی را نشان می‌داد.

از جدیدترین برنامه‌های TSMC برای نفوذ بیشتر به بازار و حفظ پیش‌گامی در صنعت می‌توان به سرمایه‌گذاری ۲۵ میلیارد دلاری برای تولید پردازنده‌هایی با ترانزیستورهای پنج نانومتری اشاره کرد. تولید این تراشه‌ها احتمالا در ماه‌های پیش‌رو از سال ۲۰۱۹ یا ابتدای ۲۰۲۰ شروع می‌شود. سرمایه‌گذاری مذکور برای ساخت مرکز تولیدی در پارک علم و صنعت تاینان هزینه خواهد شد.

تولید پردازنده‌های مجهز به ترانزیستورهای پنج نانومتری به‌معنای افزایش تعداد ترانزیستور در پردازنده‌ها خواهد بود که کارایی و بازدهی آن‌ها را افزایش می‌دهد. بزرگان دیگری همچون IBM، سامسونگ و Global Foundries همچنین فناوری تولیدی دارند. TSMC در کارخانه‌ی جدید خود ظرفیت تولید یک میلیون صفحه‌ی ۱۲ اینیچی سیلیکونی در سال خواهد داشت.

TSMC علاوه بر برنامه‌ریزی برای تولید پنج نانومتری، در سال ۲۰۱۸ تولید هفت نانومتری خود را نیز به‌میزان زیادی افزایش داد. پردازنده‌هایی که با هدف استفاده در محصولات مبتنی بر هوش مصنوعی، کارت‌های گرافیکی و تجهیزات مخصوص ارتباطات 5G طراحی شدند.

از چالش‌های اخیر TSMC در بازار نیمه‌هادی می‌توان به سرقت اطلاعات شرکت توسط یکی از کارمندان سابق و تلاش برای فروش آن‌ها به شرکت‌های چینی اشاره کرد. کارمند مذکور قصد داشت تا اطلاعات را به شرکت HLMC در چین بفروشد. پس از دستگیری ادعا شد که بسیاری از اطلاعات دزدیده شده (که البته به مقصد نرسیدند) مرتبط با پردازنده‌های آیفون بوده‌اند.

ویروس واناکرای، یکی دیگر از عوامل ضرررسان به TSMC در سال‌ ۲۰۱۸ بود. نفوذ این ویروس به ساختارهای تولیدی خصوصا تراشه‌های هفت نانومتری شرکت، اختلالات زیادی را در روند تولید ایجاد کرد که در مجموع خسارتی بالغ بر ۸۵ میلیون دلار برای تایوانی‌ها به‌همراه داشت. به‌هرحال فرایند بازیابی از نفوذ ویروس تا ماه اوت به پایان رسید و مشکلی هم برای اطلاعات مشتریان پیش نیامد.بنیان‌گذار TSMC به‌عنوان پدرخوانده‌ی صنعت نیمه‌هادی شناخته می‌شود

آخرین آمارهای مالی درباره‌ی TSMC، درآمد این شرکت را در سال ۲۰۱۸، حدود ۳۳/۵ میلیارد دلار اعلام می‌کنند که نسبت به سال قبل افزایش ۶/۵ درصدی داشته است. فروش تراشه‌های هفت نانومتری، ۹ درصد از مجموع درآمد شرکت تایوانی را در سال گذشته به خود اختصاص داد. رشد همیشگی کسب‌وکار TSMC در سال‌های گذشته تا حدود زیادی به افزایش تولید پردازنده‌های کامپیوتری مرتبط بود. پردازنده‌های مذکور در سال گذشته رشد ۶۱ درصدی را در فروش رقم زدند که ۱۴ درصد از سهم درآمد TSMC را به خود اختصاص داد.

سود خالص TSMC در سال گذشته، ۱۱/۴ میلیارد دلار اعلام شد. شایان ذکر است رقم سود سالانه هم مانند درآمد، به رکوردی تاریخی برای شرکت تایوانی رسید. TSMC اکنون ۴۸ هزار کارمند در سرتاسر جهان دارد. مارک لیو به‌عنوان رئیس هیئت مدیره و سی‌سی وی به‌عنوان مدیرعامل این شرکت مشغول به کار هستند. از زیرمجموعه‌های مهم نیز علاوه بر WaferTech می‌توان به SSMC و TSMC PRC اشاره کرد.

مختصری درباره‌ی بنیان‌گذار

موریس چانگ بنیان‌گذار و اولین مدیر TSMC بود که به بنیان‌گذار یا پدرخوانده‌ی صنعت نیمه‌هادی در تایوان هم شهرت دارد. موریس پس از مهاجرت اولیه به چین، برای ادامه‌ی تحصیل به آمریکا رفت و ابتدا در دانشگاه هاروارد به تحصیل پرداخت. او مدرک کارشناسی و کارشناسی ارشد را در رشته‌ی مکانیک و در سال‌های ۱۹۵۲ و ۱۹۵۳ از این دانشگاه دریافت کرد و ابتدا در شرکت Sylvania Semiconductor مشغول به کار شد. مقصد بعدی، Texas Instruments بود که در آن سال‌ها به‌عنوان یکی از بازیگران اصلی صنعت نیمه‌هادی شناخته می‌شد.

فعالیت در TI با پیشرفت سریعی برای موریس همراه بود. او به‌سرعت به موقعیت‌های مدیریتی رسید و در سال ۱۹۶۱ پیشنهاد بورسیه‌ی شرکتی را برای ادامه‌ی تحصیل تا مقطع دکترا دریافت کرد. چانگ با دریافت بورسیه توانست مدرک دکترای خود را در سال ۱۹۶۴ در رشته‌ی مهندسی برق از دانشگاه استنفورد دریافت کند. فعالیت در TI به مدت ۲۵ سال ادامه یافت و تا سال ۱۹۸۳، موریس به موقعیت معاونت ارشد کسب‌وکار جهانی رسیده بود.

موریس چانگ پس از ترک TI به شرکت General Instruments Corporation رفت و تا سال ۱۹۸۵ در آنجا مشغول به فعالیت بود. او سپس به تایوان رفت و به‌عنوان مدیر مؤسسه‌ی تحقیقات و فناوری صنعتی مشور مشغول شد. مؤسسه‌ی مذکور با حمایت دولتی و در جهت پیشرفت‌های صنعتی و علمی فعالیت می‌کرد. سرانجام در سال ۱۹۸۷، شرکت TSMC توسط او و با حمایت‌های دولتی تأسیس شد. او هم‌زمان با ریاست هیئت‌مدیره‌ی TSMC، به‌عنوان رئیس هیئت‌مدیره‌ی Vanguard Industrial Semiconductor Corporation هم فعالیت می‌کرد و تا سال ۲۰۰۳ در آنجا مشغول به کار بود.

بنیا‌ن‌گذار TSMC در طول دوران فعالیت چند بار در موقعیت‌های مدیریتی این شرکت جابه‌جا شد. او یک بار در سال ۲۰۰۵ از سمت مدیریت عامل استعفا داد و ریک سای جایگزین او شد. موریس بار دیگر در سال ۲۰۰۹ به‌عنوان مدیرعامل انتخاب شد و این بار تا سال ۲۰۱۸ و اعلام رسمی بازنشستگی در آن موقعیت باقی ماند.

بسیاری از مدیران اجرایی دنیای فناوری و تحلیل‌گران صنعت، موفقیت TSMC را مدیون مدیریت چانگ می‌دانند. مدیر ۸۸ ساله‌ای که با چشم‌انداز حرفه‌ای، دید بلندمدت و تیمی حرفه‌ای از متخصصان صنعت نیمه‌هادی، موففقیت شرکت تحت مدیریتش را تضمین کرد.