La traiettoria di Arm cambiò drasticamente a metà e fine degli anni '90, mentre l'azienda navigava con successo verso un periodo di significativo breakthrough nel mercato, principalmente guidato dalla crescita esplosiva dell'industria delle telecomunicazioni mobili. Durante quest'era, la base globale di abbonati ai telefoni cellulari crebbe da un segmento relativamente piccolo a centinaia di milioni, trasformando questi dispositivi da strumenti aziendali a beni di consumo essenziali. La filosofia di design intrinseca dell'architettura ARM—che dà priorità al basso consumo energetico, all'alta efficienza e a un ingombro di silicio compatto—la rese eccezionalmente adatta per dispositivi a batteria, conferendole un profondo vantaggio competitivo. Con il passaggio dei telefoni cellulari da strumenti di comunicazione di nicchia a dispositivi di consumo di massa, i produttori avevano un urgente bisogno di processori in grado di fornire prestazioni adeguate per la comunicazione vocale e i primi servizi dati senza esaurire rapidamente la vita della batteria, un fattore critico per l'esperienza dell'utente. Il core ARM7TDMI, introdotto nel 1994, divenne una pietra miliare di questa rivoluzione. Le sue caratteristiche chiave, tra cui il set di istruzioni Thumb per una migliore densità di codice, un'interfaccia di debug (D), un moltiplicatore veloce (M) e ICE integrato (I) per il debug on-chip, lo resero altamente attraente per applicazioni mobili sensibili ai costi e ai vincoli energetici. Questa architettura ottenne un'ampia adozione in questi primi dispositivi mobili, ponendo le basi per la futura quasi ubiquità di Arm nel segmento.
L'espansione del mercato durante questo periodo fu esponenziale. A livello globale, le vendite di telefoni cellulari schizzarono alle stelle, con decine di milioni di unità spedite annualmente a metà degli anni '90, che aumentarono a centinaia di milioni all'inizio del millennio. Inizialmente riconosciuta per la sua abilità nei sistemi embedded e negli assistenti digitali personali (PDA) come il Psion Series 3 o i dispositivi che eseguivano Windows CE, l'architettura di Arm trovò il suo vero métier commerciale nel fiorente mercato dei telefoni cellulari. Aziende come Nokia (che sarebbe diventata il più grande produttore di telefoni al mondo), Samsung ed Ericsson, insieme ad altri importanti attori dell'industria cellulare come Alcatel e Siemens, iniziarono a integrare i processori ARM nei loro dispositivi. Questa adozione diffusa non fu casuale; analisti del settore e team di ingegneria riconobbero universalmente che l'architettura ARM offriva costantemente il miglior equilibrio tra efficienza energetica, prestazioni e costo-efficacia per le severe restrizioni dei dispositivi mobili, spesso superando architetture concorrenti come MIPS o le prime offerte embedded di Intel in queste specifiche metriche. La decisione strategica di questi giganti del settore di standardizzarsi sui core ARM creò un ciclo virtuoso, consolidando ulteriormente la posizione di mercato di Arm e incoraggiando più sviluppatori e fornitori di software a investire nell'ecosistema ARM, portando a un'ampia gamma di applicazioni e strumenti di supporto.
Innovazioni chiave e sviluppi architettonici sostennero questa crescita. Mentre la famiglia ARM7 si dimostrò altamente di successo, diventando un cavallo di battaglia in milioni di dispositivi, Arm non si adagiò sugli allori. Architetture successive, come le famiglie ARM9 (rilasciata nel 1997) e ARM11 (rilasciata nel 2002), introdussero significativi miglioramenti delle prestazioni. L'ARM9 passò a un pipeline a cinque stadi e a un'architettura Harvard con cache di istruzioni e dati separate, mentre l'ARM11 presentava un pipeline a otto stadi, estensioni di elaborazione media SIMD (set di istruzioni ARMv6) e gestione avanzata dell'energia. Questi continui miglioramenti spinsero costantemente i confini di ciò che era possibile all'interno dei vincoli di potenza e area dei dispositivi mobili. L'introduzione del set di istruzioni Thumb a metà degli anni '90, che offriva una codifica delle istruzioni a 16 bit più compatta accanto al set di istruzioni ARM standard a 32 bit, ridusse significativamente la dimensione del codice (spesso del 30% o più). Questo fu un fattore critico per i sistemi embedded con vincoli di memoria e i telefoni cellulari, non solo risparmiando su memoria costosa ma anche migliorando l'efficienza della cache. Questa innovazione da sola fornì un convincente vantaggio competitivo ottimizzando l'uso della memoria e migliorando l'efficienza complessiva del sistema. Lo sviluppo successivo della tecnologia TrustZone, parte dell'architettura ARMv6, migliorò ulteriormente le caratteristiche di sicurezza creando ambienti di esecuzione sicuri e non sicuri, diventando sempre più vitale man mano che i dispositivi mobili gestivano dati personali e finanziari più sensibili.
La leadership di Robin Saxby, che ricoprì il ruolo di CEO dal 1991 al 2001, fu fondamentale per scalare l'azienda e coltivare una presenza globale. La visione strategica di Saxby enfatizzò l'espansione dell'ecosistema di Arm, comprendendo che il valore dell'architettura risiedeva non solo nel silicio ma anche nel software e negli strumenti costruiti attorno ad essa. Incoraggiò attivamente una vasta gamma di sviluppatori di software, fornitori di sistemi operativi (come Symbian, Microsoft Windows CE e successivamente distribuzioni Linux) e fornitori di strumenti (come il RealView Development Suite di ARM, Metrowerks CodeWarrior e le toolchain GNU) a supportare l'architettura ARM. Questo approccio ecosistemico, unito a un modello di licenza robusto e flessibile che offriva sia commissioni di licenza iniziali per i design dei core che royalties per chip per ogni unità prodotta, permise ad Arm di crescere significativamente le sue fonti di reddito. L'azienda, inizialmente una joint venture, divenne pubblica nell'aprile del 1998, quotandosi sia alla Borsa di Londra (LSE: ARM) che al Nasdaq (NASDAQ: ARMHY), una mossa che fornì capitale sostanziale per ulteriori ricerche e sviluppi e segnò la sua emergenza come attore di rilievo sulla scena internazionale. Questa offerta pubblica migliorò anche la trasparenza e la credibilità di Arm all'interno della comunità globale dei semiconduttori, attirando ulteriori investimenti e talenti. Alla fine del mandato di Saxby, il numero di dipendenti di Arm era cresciuto da una piccola startup a centinaia, e i suoi processori venivano spediti in centinaia di milioni di unità annualmente.
I primi anni 2000 segnarono un'altra fase significativa di crescita con l'introduzione della famiglia di processori Cortex nel 2004, un approccio ristrutturato e modulare ai core ARM. Questa nuova generazione andò oltre i design fissi dei core per un IP altamente sintetizzabile e configurabile, consentendo ai licenziatari maggiore flessibilità. La serie Cortex-A, progettata specificamente per applicazioni complesse ad alte prestazioni come quelle che richiedono sistemi operativi ricchi in smartphone e tablet, divenne lo standard de facto per questi dispositivi, ponendo le basi per la rivoluzione del computing mobile. La serie Cortex-M si concentrò su microcontrollori e applicazioni profondamente embedded che richiedevano estrema efficienza e basso costo, mentre la serie Cortex-R si focalizzò su sistemi in tempo reale critici per il controllo embedded ad alte prestazioni e per la sicurezza. Questo approccio modulare consentì ai licenziatari una maggiore flessibilità nella selezione e integrazione dei core adattati a requisiti specifici delle applicazioni, espandendo ulteriormente la portata di mercato di Arm attraverso diverse categorie di prodotto, dall'automotive al controllo industriale. L'adozione diffusa di queste architetture, in particolare negli smartphone dopo l'introduzione dell'iPhone nel 2007 e il successivo aumento di Android, portò Arm in una posizione di dominio senza precedenti nel panorama del computing mobile, raggiungendo quasi il 90% di quota di mercato in questo settore in espansione entro la fine del decennio.
Le partnership strategiche continuarono a svolgere un ruolo vitale. La collaborazione con aziende come Texas Instruments, Qualcomm, Samsung, NVIDIA e Apple stessa, tra molte altre, divenne profondamente radicata nella catena del valore della produzione di dispositivi mobili. Queste partnership si estendevano oltre i semplici accordi di licenza; spesso comportavano una profonda collaborazione tecnica per ottimizzare i core ARM per specifici design di chip, processi di produzione e applicazioni target. L'impegno di Arm a rimanere un fornitore di IP neutrale, concedendo in licenza la sua architettura a rivali all'interno dello stesso mercato, promosse un ampio ecosistema che beneficiò tutti i partecipanti. Questa neutralità fu un pilastro del suo modello di business, consentendo a una moltitudine di aziende di innovare su una comune architettura efficiente senza timore di una concorrenza diretta da parte di Arm stessa nella produzione di chip, un netto contrasto con il modello integrato verticalmente di aziende come Intel.
Entro la fine di questo periodo di breakthrough, Arm si era affermata non solo come designer di processori ma come fornitore di tecnologia fondamentale per la maggior parte dei dispositivi elettronici portatili del mondo. La sua architettura era integrata in miliardi di chip annualmente, da telefoni semplici e smartphone avanzati a fotocamere digitali, dispositivi di gioco portatili, sistemi di infotainment automobilistico e una crescente gamma di sistemi di controllo embedded nell'elettronica industriale e di consumo. L'azienda era riuscita a passare da una startup innovativa a un importante attore globale nel mercato, influenzando il design e lo sviluppo dell'elettronica di consumo a livello globale. Questo dominio nel computing mobile e embedded, caratterizzato dalla sua innovativa IP, licenze strategiche e un ecosistema robusto, preparò il terreno per sforzi successivi di espandersi in nuovi segmenti di computing più esigenti e adattarsi a un panorama tecnologico in continua evoluzione.