MIPS 是什么?这似乎是个很显然的问题。

 

但努力回想,其近几年的新闻莫过于去年底宣布的开源计划,要想准确描述这个逐渐被淘汰的元老级架构,需要一篇长文来概括。

 

MIPS 已经拥有大量优质工具和软件环境,其指令集包括 SIMD(单指令、多数据)和 DSP 等扩展,比 RISC-V 更完整。但考虑到 RISC-V 的发展势头,MIPS 开源不失为一个有趣而精明的举动,是一种放大 MIPS 自身优势的方式。

 

MIPS 授权业务总裁 Art Swift 对于 MIPS 开源行为表示,“如果这发生在两三年前,那么 RISC-V 永远不会诞生”,倘若遵循假命题能推出任何命题的原则,“如果”二字则能推出任何结果。

 

可世事哪有那么多如果,反观如今格局,RISC-V 发展的顺风顺水,MIPS 却逐渐沦为被人遗忘的境地。

 

 

当今处理器有四大架构,一个是以 intel 和 AMD 为代表的 x86 架构,另一个是手机,平板等移动处理器所使用的 ARM 架构,再有就是当今发展趋势良好的开源架构 RISC-V,最后一个便是我国龙芯处理器所选择的 MIPS 架构。这四大处理器架构中,x86 和 ARM 是商业化进程最为优秀的两大架构,RISC-V 则凭借其开源优势顺应当前火热的物联网和 AI 发展趋势,MIPS 作为最早推出的芯片架构,发展至今倒像是“起了个大早,赶了个晚集”的迟钝者,错过了多次发展趋势和产品迭代,只好通过“卖身”、开源等动作来残喘。

 

起了个大早的 MIPS

作为精简指令集(RISC)的推行者,MIPS 的成立比 ARM 早了 6 年,如今看来,MIPS 的落寞似乎让人有些费解,MIPS 究竟为何落得如此田地?

 

这得从 RISC 的诞生说起。

 

RISC 的名称最早来自 1980 年大卫·帕特森在加州大学柏克莱分校主持的 Berkeley RISC 计划。但其实在此之前,从 1975 年开始,1980 年完成的 IBM 801 项目,可能是第一个使用 RISC 理念来设计的系统。


跟 Intel X86 这种复杂指令集不一样,RISC 设计了许多特性让代码编写更加便捷,对指令数目和寻址方式都做了精简,使其实现更容易,指令并行执进程度更好,编译器的效率更高。这种相对新的指令集的面世促进了 MIPS 的诞生。

 

在 RISC 流行起来之后,斯坦福大学前校长 John LeRoy Hennessy 就和他的研究团队基于 RISC 打造了一款全新的微处理器,这个项目就是 MIPS 的前身。1984 年,John LeRoy Hennessy 与他的团队一起创立了 MIPS 公司。公司的商业模式就是将做好的芯片设计方案授权给其它厂商,让其可以方便地制造出高性能的 CPU。


MIPS 公司在研发进程上也不负众望,在成立后不久就相继推出处理器设计 R2000、R3000,甚至早在 1991 年就推出了 64bit 的设计 R4000。相比其竞争对手 ARM 到了 2012 年才大范围推广 64bit 处理器设计。可见 MIPS 公司在设计上的前瞻性。之后,又陆续于 1994 年推出 R8000、1996 年推出 R10000、1997 年推出 R12000 等型号。1999 年,MIPS 公司发布 MIPS 32 和 MIPS 64 架构标准。2000 年,MIPS 公司发布了针对 MIPS 32 4Kc 的版本以及未来 64 位 MIPS 64 20Kc 处理器内核。


成立早期,MIPS 也生产处理器,其中,自己流片的 R3000 销售超过了百万颗,后续的 R3000A 则创造了销售过亿的奇迹。除了自身设计外,IDT 和东芝等半导体公司都在 MIPS 发展早期采用了其架构设计制造芯片,其生产的芯片也被 Sony, Nintendo 的游戏机,Cisco 的路由器和 SGI 超级计算机等终端设备采用。其中,在当前的家用路由器市场,MIPS 仍旧占据绝对地位。


MIPS 是上世纪八十年代中期 RISC CPU 设计的一大热点,也是出现最早的商业 RISC 架构芯片之一。RISC 诞生的目的就是为了挑战以 X86 为代表的复杂指令集,同样的,RISC 体系结构也遭到了 x86 芯片的竞争。MIPS 的系统结构及设计理念比较先进,其指令系统经过通用处理器指令体系 MIPS I、MIPS II、MIPS III、MIPS IV 到 MIPS V,嵌入式指令体系 MIPS16、MIPS32 到 MIPS64 的发展已经十分成熟。在设计理念上 MIPS 强调软硬件协同提高性能,同时简化硬件设计。

 

MIPS 是高效率、低功耗 CPU 设计原则中的闪耀明星,已经在移动和嵌入式工业领域销售了三十年余年。从处理器的设计和能耗比来说,MIPS 可以说是最经典的 RISC 处理器,其竞争对手也不得不承认它的优雅,MIPS 被作为处理器教科书的典范,最初许多 MIPS 实现瞄准计算机类应用,比如工作站和服务器。在最近几年,MIPS CPU 较多的应用于嵌入式领域,包括路由器、可穿戴设备、家庭娱乐、网络、物联网(IoT)等。

 

 

回顾 MIPS 的发展历程,1989 年公司成功 IPO,MIPS 市值达到 3.5 亿美元,但该公司过度拉长自己的战线进入计算机领域,导致了现金流问题,不得不在 1992 年以 3.33 亿美元价格卖给了 Silicon Graphics(SGI)公司。1998 年 MIPS 再次 IPO 成功,脱离了 SGI,成为 MIPS 技术公司,估值达到 4.4 亿美元。


2012 年 Imagination 公司又以 6000 万美元价格收购了 MIPS,而其大部分 IP 以 3.5 亿美元的价格出售给了 ARM。Imagination 公司当时的首席执行官 Hosein Yassaie 在收购 MIPS 时表示,“我们有信心将改变 CPU IP 的格局。”这对于一家当时营收只有 1.5 亿英镑的公司而言,无疑是一句胆大包天的承诺。

 


然而,此时的 MIPS 已身陷囫囵,MIPS 从一开始对标 Intel,面向中高端市场,但也只是在高清盒子、路由器等市场上收获战果。面对即将到来的移动通讯时代,在 ARM 联合高通、苹果、联发科等公司面向智能手机市场做移动处理器芯片的时候,MIPS 依然沉醉在高清盒子、打印机等小众产品市场。可以看到,MIPS 的迟缓导致他们失去了最关键的几年,缓慢的反应再一次拖累了他们的转型。而其竞争对手 ARM 从诞生开始就瞄准了嵌入式低功耗领域,在这个领域默默耕耘了十数年,终于在 21 世纪第一个十年迎来了自己的时代。

 

对于 MIPS 架构而言,作为一个老学究创立的企业,高性能一直是其最大的卖点,从 MIPS 的发展史上看,最初 MIPS 架构的对标对象为 X86 架构,因此其产品的高性能也是无可厚非,但正是这种高举高打,也是造成 MIPS 今日格局的一个原因,从最后的结果来看,MIPS 架构显然没有很好完成使命。

 

究其原因,正如前面所说,这个由老学究打造的企业,虽然产品拥有很不错的性能,但是由于对商业不够敏感,导致了 MIPS 的商业化进程迟迟落后。除了商业化进度缓慢之外,缺乏生态成为其失败的重要原因。此外,在 MIPS 架构死磕高端市场的同时,其竞争对手 ARM 则把握住了嵌入式低功耗机遇,并最终在移动通信时代迎来辉煌,正式敲响了 MIPS 的“丧钟”。

 

2013 年 Imagination 又推出了新的 32 位和 64 位的 CPU,其目的是在 32 位 MCU 市场与 ARM 的芯片竞争,并在 64 位市场上对抗 x86 和 PowerPC。

 

从生态上来看,彼时的 MIPS 显然已经无法再和 X86、ARM 相抗衡了。商业化进程缓慢,缺乏生态支持,错失移动通信市场等,使得 MIPS 架构的处境非常尴尬。加之前几年的“颠沛流离”,也使得 MIPS 架构必须来一次重大改变。

 

显然,Imagination 已经没有了对 MIPS 进行任何改变的多余精力,回想 Imagination 当时欲改变 CPU IP 格局的豪言可以发现,MIPS 的野心已经不是第一次跑在了战略和财力前面,野心大于实力的 MIPS 反复被摆在拍卖台上,几经易主,去年 6 月被 AI 创业公司 Wave Computing 收入麾下。

 

Wave 和 MIPS 都没有多说关于未来的计划,Wave 公司将利用 MIPS 的技术进一步推进与自己的 AI 产品组合,但这并不大可能带来高端 CPU IP 市场的任何形式的 MIPS 复苏。

 

MIPS 最后的生机

Wave 拯救 MIPS 的最后一根稻草,压在了开源身上。

 

Wave 在 2018 年 12 月 18 日宣布 MIPS 将在 2019 年第一季度发布最新的 core R6 时开源,MIPS 开放计划将允许参与者自由访问“最新版本的 32 位和 64 位 MIPS ISA - 无需许可或使用费”,用户还将获得 MIPS 拥有的数百项专利。此举旨在加速 MIPS 指令集架构的普及,帮助已逐渐边缘化的 MIPS 指令集架构重回正轨。

 

 

开源可以加速 MIPS 指令集架构的普及,但同时也使得 MIPS 更难获得许可收入,其挑战在于如何找到一种能够平衡开放可用性和创收的商业模式。

 

对于 Wave Computing 来说,在 AI 上提供 Wave Computing 专利许可来推广“AI for All”过程中,MIPS 被认为是加速其 AI 进入市场的关键。

 

在 MIPS Open 下开发的基于 MIPS 的解决方案将补充我们现有和未来的 MIPS IP 核心,Wave 将继续在全球范围内创建和提供许可,作为整个系统、解决方案和 IP 组合的一部分。这将确保当前及新的 MIPS 客户拥有广泛的解决方案,可以从中选择他们的 SoC 设计,并且还可以参与到充满活力的 MIPS 开发社区和生态系统中。

 

MIPS 的中国因素

对 MIPS 未来的任何预测都不可忽视中国因素。


在中国企业加入 RISC-V 阵营之前很久,中国就已经非常重视 MIPS。北京的计算技术研究所(ICT)领导了几代基于 MIPS 的龙芯芯片研发,基于龙芯的超级计算项目,让中国政府对 MIPS 一直很感兴趣。


虽然目前中国大多数无晶圆厂芯片公司都专注于属于 ARM 阵营的智能手机,但龙芯、Action 和 Ingenic 仍在使用 MIPS。考虑到目前中国对 RISC-V 的兴趣,Wave 表示非常看到 MIPS 开源在中国的前景。

 

其实,不管是 MIPS 抑或 RISC-V,能否在中国落地生根,除了开源因素外,如何提升市场、用户对其指令集、架构的接受程度也是关键所在。

 

目前在中国市场上,除了龙芯、君正、炬芯等公司之外,MIPS 架构在民用领域仍有一定的市场,例如机顶盒、游戏机、平板电脑等,但这些市场并不稳定。特别是在 RISC-V 兴起之后,中国已有近百家企业(包括计算所、君正等)加入 RISC-V 联盟。这对于 MIPS 而言,无疑是巨大的挑战。

 

另一方面,在高性能网络方面,思科对于 MIPS 的支持也开始出现松动,这也使得 MIPS 不得不警醒起来。

 

 

通过上文描述可知,MIPS 基本上已失去了与 X86 和 ARM 竞争的资本。同时,MIPS 在开源社区思想上也要落后于 RISC-V,虽然在工程师群体中 MIPS 一如既往地受到尊重,但所有权一直不稳定的 MIPS 在构建生态系统和保持发展势头方面一直不尽如人意,无法更快采取行动。
但是相比 RISC-V,MIPS 提供的专利保护和避免 ISA 碎片化的中央授权是 RISC-V 所缺乏的,这些因素使 MIPS 在商业实施具有一定优势,特别是在于面向客户核心方面。

 

此时 MIPS 选择开源,其最大的目的应该是未来的 AI 领域。AI 被认为是 PC 和手机之后一个新的时代,从架构到芯片再到应用,大大小小的公司都加入到了 AI 的竞争中。随着 MIPS 更深入 AI 市场,将有利于 MIPS 的多功能性和效率发挥作用,基于 MIPS 原始简单性、高效和可扩展性,将为“不断变化的应用领域提供优势”。

 

目前,在 AI 芯片领域,无论是 x86、ARM 还是 RISC-V 都参与了竞争,RISC-V 和 ARM 都已经将人工智能作为下一个重要市场,其中 RISC-V 因为指令集免费获得了极高的关注度。

 

从架构和指令集的层面看,AI 会是一个多架构共存的时代,但是业界都期待更合适的架构和芯片满足 AI 的应用需求。MIPS 能否借此崛起充满了非常多的不确定性,毕竟一个架构的成功除了架构和技术本身,还有很多复杂的因素。

 

如果市场养不起多个架构,拥有大量开发者和良好生态系统的 ARM,独霸市场的可能性是最大的,RISC-V 和 MIPS 面临的挑战非常严峻,MIPS 想要借助开源“翻身”,从目前来看并非易事。

 

对于 MIPS 今天的局面,一千个人心中有一千个观点。商业逻辑、授权方式、生态搭建、机遇选择等等,都是其沦落至此的因素所在,随着开源计划的推出,命途多舛的 MIPS,迎来了它的关键时刻。


如果 MIPS 能把握好开源这根救命稻草,其未来或许仍有一席之地。


但,你知道的,世事哪有那么多如果。

 

 

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