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MIPS公司及其开发的体系结构

  MIPS体系结构(Microprocessor without interlocked piped stages)

  MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商,在RISC处理器方面占有重要地位。1984年,MIPS计算机公司成立。1992年,SGI收购了MIPS计算机公司。1998年,MIPS脱离SGI,成为MIPS技术公司。

  MIPS公司设计RISC处理器始于二十世纪八十年代初,1986年推出R2000处理器,1988年推R3000处理器,1991年推出第一款64位商用微处器R4000。之后又陆续推出R8000(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型号。

  随后,MIPS公司的战略发生变化,把重点放在嵌入式系统。1999年,MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准,为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。新的架构集成了所有原来MIPS指令集,并且增加了许多更强大的功能。MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器内核(core)MIPS324Kc与高性能64位处理器内核MIPS645Kc。2000年,MIPS公司发布了针对MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc处理器内核。

  MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked pipedstages),其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。

  MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司,它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比,RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点,并可以应用更多先进的技术,开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一,新的架构集成了所有原来MIPS指令集,并增加了许多更强大的功能。

  在MIPS芯片的发展过程中,SGI公司在1992年收购了MIPS计算机公司,1998年,MIPS公司又脱离了SGI,成为MIPS技术公司;MIPS32 4KcTM 处理器是采用MIPS技术特定为片上系统(System-On-a-Chip)而设计的高性能、低电压32位MIPS RISC内核。采用MIPS32TM体系结构,并且具有R4000存储器管理单元(MMU)以及扩展的优先级模式,使得这个处理器与目前嵌入式领域广泛应用的R3000和R4000系列(32位)微处理器完全兼容。新的64 位 MIPS处理器是RM9000x2,从“x2”这个标记判断,它包含了不是一个而是两个均具有集成二级高速缓存的64位处理器。RM9000x2主要针对网络基础设施市场,具有集成的 DDR 内存控制器和超高速的 HyperTransport I/O 链接。

  处理器、内存和I/O均通过分组交叉连接起来的,可实现高性能、全面高速缓存的统一芯片系统。除通过并行处理提高系统性能外,RM9000x2还通过将超标量与超流水线技术相结合来提高单个处理器的性能。

  64位处理器MIPS 64 20Kc的浮点能力强,可以组成不同的系统,从一个处理器的Octane工作站到64个处理器的Origin2000服务器;这种CPU更适合图形工作站使用。MIPS最新的R12000芯片已经在SGI的服务器中得到应用,目前其主频最大可达400MHz。

  MIPS处理器是八十年代中期RISC CPU设计的一大热点。MIPS是卖的最好的RISC CPU,可以从任何地方,如Sony,Nintendo的游戏机,Cisco的路由器和SGI超级计算机,看见MIPS产品在销售。目前随着RISC体系结构遭到x86芯片的竞争,MIPS有可能是起初RISCCPU设计中唯一的一个在本世纪盈利的。和英特尔相比,MIPS的授权费用比较低,也就为除英特尔外的大多数芯片厂商所采用。

  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、MIPSIV到MIPSV,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。

  中国龙芯2和前代产品采用的都是64位MIPS指令架构,它与大家平常所知道的X86指令架构互不兼容,MIPS指令架构由MIPS公司所创,属于RISC体系。过去,MIPS架构的产品多见于工作站领域,索尼PS2游戏机所用的“EmotionEngine”也采用MIPS指令,这些MIPS处理器的性能都非常强劲,而龙芯2也属于这个阵营,在软件方面与上述产品完全兼容。

  作者点评:MIPS技术公司则是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商。在通用方面,MIPSR系列微处理器用于构建SGI的高性能工作站、服务器和超级计算机系统。在嵌入式方面,MIPSK系列微处理器是目前仅次于ARM的用得最多的处理器之一(1999年以前MIPS是世界上用得最多的处理器),其应用领域覆盖游戏机、路由器、激光打印机、掌上电脑等各个方面。

  注:(中国龙芯已与MIPS合作)

  由于服务器RISC处理器市场的激烈竞争结果导致HP 公司放弃它的PA-RISC和“私生子”Alpha两种类型服务器处理器,而“Alpha技术”则被Intel和AMD吸收应用到他们自身的处理器中;MIPS处理器应用范围则较广,对于作为服务器RISC处理器来说,主要是应用于专门的图形工作站/服务器上;相对来说,应用面较专业,因而竞争较少。就目前的服务器RISC处理器来说,主要是IBM的POWER和SUN 的UltraSPARC 两大处理器之间的竞争;相对而言,IBM在这场RISC处理器竞争中是个大赢家。

  UltraSPARC处理器是Sun的命脉,以UltraSPARC为基础的Unix服务器曾为Sun 带进大量营收,不过,经过.com泡沫化的冲击,加上Unix服务器市场渐趋平稳,在营收下滑之际,UltraSPARC庞大的研发费用转为Sun 沉重的负担。

  面对自己的良机顿挫,Sun近来连续宣布UltraSPARC新策略,大幅改变UltraSPARC产品计划(roadmap),以改变目前的不利局势。例如取消了UltraSparcV与Gemini处理器,而将资源重点转向代号为Niagara与Rock的高吞吐量计算处理器。并且Sun和富士通计划在2006年之前将它们基于Sparc处理器的服务器产品合并在一起,共同来对付他们的竞争对手IBM;到底鹿死谁手,人们正拭目以待

  中科院计算机研究所创办的龙芯公司计划收购美国芯片设计公司MIPS 20%的股份,《每日经济新闻》上周报道,北京政府要求龙芯购买MIPS公司20%的股权,并派驻一名代表入驻该公司董事会,成为其董事。2009年6月,龙芯曾经从MIPS公司获得MIPS32与64架构处理器授权,主要原因是龙芯的处理器架构与MIPS的架构过于相似(95%),龙芯产品涉嫌侵权。MIPS的市值估计在1亿美元左右,对于拥有充沛现金的中国政府来说购买20%股份是轻而易举之事。龙芯背后与MIPS相关的知识产权是中国唯一没有发明和创造的部分,对于把自主创新的芯片作为半导体行业进步标志,并提升到民族自豪感高度的中国政府而言,这是一个痛处。因此购买一部分MIPS股份,中科院计算机所朝着解决这一问题前进了一小步。

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