MIPS處理器

MIPS處理器

MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內部互鎖流水級的微處理器”(Microprocessor without interlocked pipelined stages),其機制是盡量利用軟體辦法避免流水線中的數據相關問題。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學Hennessy教授領導的研究小組研製出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎上開發的RISC工業產品的微處理器。這些系列產品為很多計算機公司採用構成各種工作站和計算機系統。 MIPS是出現最早的商業RISC架構晶元之一,新的架構集成了所有原來MIPS指令集,並增加了許多更強大的功能。

簡介


MIPS技術公司是一家設計製造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商,在RISC處理器方面佔有重要地位。1984年,MIPS計算機公司成立。1992年,SGI收購了MIPS計算機公司。1998年,MIPS脫離SGI,成為MIPS技術公司。
MIPS處理器
MIPS處理器
MIPS公司設計RISC處理器始於二十世紀八十年代初,1986年推出R2000處理器,1988年推R3000處理器,1991年推出第一款64位商用微處器R4000。之後又陸續推出R8000(於1994年)、R10000(於1996年)和R12000(於1997年)等型號。

發展


隨後,MIPS公司的戰略發生變化,把重點放在嵌入式系統。1999年,MIPS公司發布MIPS32和MIPS64架構標準,為未來MIPS處理器的開發奠定了基礎。新的架構集成了所有原來MIPS指令集,並且增加了許多更強大的功能。MIPS公司陸續開發了高性能、低功耗的32位處理器內核(coreMIPS324Kc與高性能64位處理器內核MIPS64 5Kc。2000年,MIPS公司發布了針對MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc處理器內核。
MIPS技術公司是美國著名的晶元設計公司,它採用精簡指令系統計算結構(RISC)來設計晶元。和英特爾採用的複雜指令系統計算結構(CISC)相比,RISC具有設計更簡單、設計周期更短等優點,並可以應用更多先進的技術,開發更快的下一代處理器。
在MIPS晶元的發展過程中,SGI公司在1992年收購了MIPS計算機公司,1998年,MIPS公司又脫離了SGI,成為MIPS技術公司; MIPS32 4KcTM 處理器是採用MIPS技術特定為片上系統(System-On-a-Chip)而設計的高性能、低電壓 32位MIPS RISC 內核。採用MIPS32TM體系結構,並且具有R4000存儲器管理單元(MMU)以及擴展的優先順序模式,使得這個處理器與目前嵌入式領域廣泛應用的R3000和R4000系列(32位)微處理器完全兼容。新的 64 位 MIPS 處理器是RM9000x2,從“x2”這個標記判斷,它包含了不是一個而是兩個均具有集成二級高速緩存的64位處理器。RM9000x2 主要針對網路基礎設施市場,具有集成的 DDR 內存控制器和超高速的 HyperTransport I/O 鏈接。
處理器、內存和 I/O均通過分組交叉連接起來的,可實現高性能、全面高速緩存的統一晶元系統。除通過并行處理提高系統性能外,RM9000x2 還通過將超標量與超流水線技術相結合來提高單個處理器的性能。
64位處理器MIPS 64 20Kc的浮點能力強,可以組成不同的系統,從一個處理器的Octane工作站到64個處理器的Origin 2000伺服器;這種CPU更適合圖形工作站使用。MIPS最新的R12000晶元已經在SGI的伺服器中得到應用,目前其主頻最大可達400MHz。
MIPS處理器是八十年代中期RISC CPU設計的一大熱點。MIPS是賣的最好的RISC CPU,可以從任何地方,如SonyNintendo的遊戲機,Cisco的路由器和SGI超級計算機,看見MIPS產品在銷售。目前隨著RISC體系結構遭到x86晶元的競爭,MIPS有可能是起初RISC CPU設計中唯一的一個在本世紀盈利的。和英特爾相比,MIPS的授權費用比較低,也就為除英特爾外的大多數晶元廠商所採用。
MIPS的系統結構及設計理念比較先進,其指令系統經過通用處理器指令體系MIPS I、MIPS II、MIPS III、MIPS IV到MIPS V,嵌入式指令體系MIPS16、MIPS32到MIPS64的發展已經十分成熟。在設計理念上MIPS強調軟硬體協同提高性能,同時簡化硬體設計。
中國龍芯2和前代產品採用的都是64位MIPS指令架構,它與大家平常所知道的X86指令架構互不兼容,MIPS指令架構由MIPS公司所創,屬於RISC體系。過去,MIPS架構的產品多見於工作站領域,索尼PS2遊戲機所用的“Emotion Engine”也採用MIPS指令,這些MIPS處理器的性能都非常強勁,而龍芯2也屬於這個陣營,在軟體方面與上述產品完全兼容。
註:(中國龍芯已與MIPS合作)
由於伺服器RISC處理器市場的激烈競爭結果導致HP 公司放棄它的PA-RISC和“私生子”Alpha 兩種類型伺服器處理器,而“Alpha技術”則被IntelAMD吸收應用到他們自身的處理器中; MIPS處理器應用範圍則較廣,對於作為伺服器RISC處理器來說,主要是應用於專門的圖形工作站/伺服器上;相對來說,應用面較專業,因而競爭較少。就目前的伺服器RISC處理器來說,主要是IBM 的POWER和SUN 的UltraSPARC 兩大處理器之間的競爭;相對而言,IBM在這場RISC處理器競爭中是個大贏家。
UltraSPARC處理器是Sun的命脈,以UltraSPARC為基礎的Unix伺服器曾為Sun 帶進大量營收,不過,經過.com 泡沫化的衝擊,加上Unix伺服器市場漸趨平穩,在營收下滑之際,UltraSPARC龐大的研發費用轉為Sun 沉重的負擔。
面對自己的良機頓挫,Sun近來連續宣布UltraSPARC新策略,大幅改變UltraSPARC產品計劃(roadmap),以改變目前的不利局勢。例如取消了UltraSparc V與Gemini處理器,而將資源重點轉向代號為Niagara 與Rock的高吞吐量計算處理器。並且Sun和富士通計劃在2006年之前將它們基於Sparc處理器的伺服器產品合併在一起,共同來對付他們的競爭對手IBM;到底鹿死誰手,人們正拭目以待
中科院計算機研究所創辦的龍芯公司計劃收購美國晶元設計公司MIPS 20%的股份,《每日經濟新聞》上周報道,北京政府要求龍芯購買MIPS公司20%的股權,並派駐一名代表入駐該公司董事會,成為其董事。2009年6月,龍芯曾經從MIPS公司獲得MIPS 32與64架構處理器授權,主要原因是龍芯的處理器架構與MIPS的架構過於相似(95%),龍芯產品涉嫌侵權。MIPS的市值估計在1億美元左右,對於擁有充沛現金的中國政府來說購買20%股份是輕而易舉之事。龍芯背後與MIPS相關的知識產權是中國唯一沒有發明和創造的部分,對於把自主創新的晶元作為半導體行業進步標誌,並提升到民族自豪感高度的中國政府而言,這是一個痛處。因此購買一部分MIPS股份,中科院計算機所朝著解決這一問題前進了一小步。