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當(dāng)年龍芯為什么選擇了 MIPS 構(gòu)架而沒有選擇 ARM 構(gòu)架？這個(gè)問題被爭執(zhí)了很多年，有人說當(dāng)年 ARM 構(gòu)架不足以支持桌面運(yùn)算，有人認(rèn)為是“指令集授權(quán)”和“微架構(gòu)授權(quán)”不是一回事，龍芯需要 MIPS 的指令集授權(quán)，而非 ARM 的微構(gòu)架授權(quán)?？傊?，MIPS 的架構(gòu)完整性與授權(quán)較寬松贏得了龍芯的青睞，在如今半導(dǎo)體衰退的大趨勢下，MIPS 構(gòu)架是否還有機(jī)會(huì)崛起值得探討。
3.MIPS64 位架構(gòu)
MIPS64 架構(gòu)刷新了 64 位 MIPS-Based 嵌入式處理器的性能標(biāo)準(zhǔn)。它代表著下一代高性能 MIPS 處理器的基礎(chǔ)，并兼容 MIPS32 32 位架構(gòu)。
MIPS I-class I6400 CPU 系列產(chǎn)品
MIPS 架構(gòu)擁有強(qiáng)大的指令集、從 32 位到 64 位的可擴(kuò)展性、廣泛可獲得的軟件開發(fā)工具以及眾多 MIPS 科技公司授權(quán)廠商的支持，是領(lǐng)先的嵌入式架構(gòu)。
MIPS64 架構(gòu)是以前的 MIPS IV 和 MIPS V 指令集架構(gòu)(ISA)的擴(kuò)展集，整合了專門用于嵌入式應(yīng)用的功能強(qiáng)大的新指令，以及以往在 R4000 和 R5000 MIPS 處理器中執(zhí)行的已經(jīng)驗(yàn)證的存儲器管理和特權(quán)模式控制機(jī)制。通過整合強(qiáng)大的新功能、標(biāo)準(zhǔn)化特權(quán)模式指令、支持前代 ISA，以及提供從 MIPS32 架構(gòu)升級的路徑，MIPS64 架構(gòu)為未來基于 MIPS 處理器的開發(fā)提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的高性能基礎(chǔ)。
MIPS64 架構(gòu)基于一種固定長度的定期編碼指令集，并采用導(dǎo)入 / 存儲(load/store)數(shù)據(jù)模型。經(jīng)改進(jìn)，這種架構(gòu)可支持高級語言的優(yōu)化執(zhí)行。其算術(shù)和邏輯運(yùn)算采用三個(gè)操作數(shù)的形式，允許編譯器優(yōu)化復(fù)雜的表達(dá)式。此外，它還帶有 32 個(gè)通用寄存器，讓編譯器能夠通過保持對寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)的頻繁存取進(jìn)一步優(yōu)化代碼的生成性能。
功能強(qiáng)大的 64 位浮點(diǎn)寄存器和執(zhí)行單元可加快某些任務(wù)的執(zhí)行速度，比如一些 DSP 算法的處理、圖形操作的實(shí)時(shí)計(jì)算。雙單精度指令(Paired-Single instruction)在一個(gè) 64 位寄存器中裝入了兩個(gè) 32 位浮點(diǎn)操作數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)單指令多數(shù)據(jù)操作(SIMD)。這種方法的執(zhí)行速度是傳統(tǒng) 32 位浮點(diǎn)單元的兩倍。浮點(diǎn)操作可選擇軟件仿真。
MIPS64 架構(gòu)兼具 32 位和 64 位尋址模式，同時(shí)采用 64 位數(shù)據(jù)工作。這樣一來，無需額外的存儲器進(jìn)行 64 位尋址就能獲得 64 位數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。為了便于從 32 位系列的移植，該架構(gòu)還帶有 32 位兼容模式，在這種模式中，所有寄存器和地址都是 32 位寬，MIPS32 架構(gòu)中出現(xiàn)的所有指令都被執(zhí)行。
I6400 采用最新一代的 MIPS Coherency Manager 架構(gòu)
這是以新的多核一致互連架構(gòu)為基礎(chǔ)。它可支持每集群最多達(dá) 6 核的多核配置，并且單一集群上的多核都能擁有不同的合成目標(biāo)，并以不同的時(shí)鐘頻率和電壓運(yùn)行。一致性管理員架構(gòu)中構(gòu)建了多項(xiàng)高性能特性，包括硬件預(yù)取，以及比前一代架構(gòu)更寬的總線和更低的時(shí)間延遲。
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4.microMIPS 架構(gòu)
microMIPS 是一種在單個(gè)統(tǒng)一的指令集架構(gòu)中集成了 16 位和 32 位優(yōu)化指令的高性能代碼壓縮技術(shù)。
它支持 MIPS32 和 MIPS64 Release2 架構(gòu)，整合了可變長度重新編碼 MIPS 指令集和新增的代碼量優(yōu)化 16 位和 32 位指令，可提供高性能和高代碼密度。
microMIPS 是一個(gè)完整的 ISA，既能單獨(dú)工作，也能與原有的 MIPS32 兼容指令解碼器共同工作，允許程序混合 16 位和 32 位代碼，無需模式切換。由于它的程序代碼量較小，因此可獲得更好的緩存利用率和更小的取指帶寬(fetch bandwidth)，從而有助于提升性能，降低功耗。
microMIPS 包含所有 MIPS ASE 指令，支持 CorExtend/UDI 接口。而且，針對 microMIPS 軟件及系統(tǒng)開發(fā)，MIPS 科技公司與第三方合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)提供有一套全面完善的軟硬件工具支持。新推出的 M14K?和 M14Kc 是首先執(zhí)行 microMIPS 的處理器內(nèi)核。
5.MIPS 的授權(quán)和“中國芯”
2002 年，中國科學(xué)院計(jì)算所開始研發(fā)龍芯處理器，采用 MIPS 架構(gòu)，但因未經(jīng) MIPS 公司的授權(quán)而遭到侵權(quán)的控告。2009 年，中國科學(xué)院與 MIPS 公司達(dá)成和解，得到正式授權(quán)。
MIPS 架構(gòu)國內(nèi)的代表龍芯處理器
看到這里，也許大家不禁要問：前有身份顯貴的 X86，后有紅極一時(shí)的 ARM，為什么 MIPS 最終成為了我國龍芯處理器的設(shè)計(jì)架構(gòu)呢？
答案非常簡單，那就是架構(gòu)授權(quán)。
x86 架構(gòu)的擁有者 Intel，可以算作是技術(shù)合作上最摳門兒的一位。
在推出 x86 架構(gòu)之后，Intel 就只將這一架構(gòu)授權(quán)給過 AMD 和 VIA 等幾個(gè)芯片公司。而在 VIA 退出 x86 架構(gòu)處理器競爭之后，Intel 便不再給任何公司 x86 架構(gòu)授權(quán)。所以從 x86 架構(gòu)上入手，龍芯處理器顯然是行不通的。
Intel 的 x86 架構(gòu)行不通，那么 ARM 架構(gòu)是否就能行得通呢？ARM 不也是給授權(quán)嗎？那為什么還選 MIPS 呢？
回答這個(gè)問題之前，首先對比一下兩家公司在架構(gòu)授權(quán)問題的“原則”，MIPS 和 ARM 雖然都是對外進(jìn)行架構(gòu)授權(quán)的公司，但意義完全不同。
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ARM 公司是一家非常優(yōu)秀的芯片設(shè)計(jì)公司，但自身并不生產(chǎn)處理器，而是將自身的設(shè)計(jì) licensing 賣給需要處理器的公司，而后交給他們生產(chǎn)或者是找人代工。也許有人要問了，既然 ARM 向外賣出架構(gòu)設(shè)計(jì)，那么為何龍芯不去選擇 ARM 架構(gòu)呢？其實(shí)不然，ARM 之所以能夠發(fā)展成為一家非常成功的商業(yè)性公司，靠的就是芯片的架構(gòu)設(shè)計(jì)，倘若架構(gòu)設(shè)計(jì)被別人奪走了，那么自己就丟掉了賴以生存的“飯碗”。所以 ARM 雖然對外進(jìn)行 licensing 授權(quán)，卻不允許購買者進(jìn)行任何對 ARM 架構(gòu)有更改的設(shè)計(jì)。倘若更改了設(shè)計(jì)，那么這便違反了合作協(xié)定。ARM 便有權(quán)撤回 licensing 授權(quán)。
我國的龍芯要是選擇了 ARM 架構(gòu)的話，那么基本上也就被捆住了腳步，無法發(fā)展出屬于自己的高性能處理器了。所以：此路依舊不通！
現(xiàn)在，將目光轉(zhuǎn)向 MIPS，與 ARM 的商業(yè)化相比，MIPS 倒像是學(xué)院派的公司。
MIPS 的架構(gòu)授權(quán)，并不限制任何對 MIPS 架構(gòu)的更改。換句話說，就是 MIPS 公司給授權(quán)者一張白紙，而白紙上僅僅寫著一行字，MIPS 公司同意你設(shè)計(jì)生產(chǎn) MIPS 架構(gòu)處理器，至于你設(shè)計(jì)成什么樣，性能有多高，經(jīng)過多少代更改，MIPS 一概不管，只要你不把架構(gòu)徹底改變就行了。
與 ARM 相比，MIPS 是一個(gè)完全開放的架構(gòu)，對龍芯未來的發(fā)展沒有任何的限制，這與 Intel 給 AMD x86 架構(gòu)授權(quán)，而不是給設(shè)計(jì)圖紙的道理是完全一樣的。在加上 MIPS 本身經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)擁有了眾多的應(yīng)用軟件，綜合考慮來看，MIPS 是最為適合龍芯處理器發(fā)展的架構(gòu)選擇。
6.MIPS 處理器的發(fā)展之路
現(xiàn)在，我們總結(jié)一下 MIPS 處理器的發(fā)展史：
- 1986 年推出 R2000 處理器；
- 1988 年推出 R3000 處理器；
- 1991 年推出第一款 64 位商用微處理器 R4000；
- 之后，又陸續(xù)推出 R8000(于 1994 年)、R10000(于 1996 年)和 R12000(于 1997 年)等型號；
- 1999 年，MIPS 公司發(fā)布 MIPS32 和 MIPS64 架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)；
- 2000 年，MIPS 公司發(fā)布了針對 MIPS324Kc 的新版本以及未來 64 位 MIPS6420Kc 處理器內(nèi)核。
簡直是神一般的速度！
不過，貌似芯片行業(yè)有個(gè)規(guī)則：分久必合，合久必分。MIPS 芯片也不例外，在其的發(fā)展過程中，也曾經(jīng)有過類似的插曲，比如：SGI 公司在 1992 年收購了 MIPS 計(jì)算機(jī)公司，1998 年，MIPS 公司又脫離了 SGI，成為 MIPS 技術(shù)公司。雖然看起來塵埃落定，但分分合合的故事，仍然在繼續(xù)。
2012 年，MIPS 處理器收購案引來眾多芯片及處理器廠商的關(guān)注。很多公司都希望能夠接手這個(gè)擁有眾多專利的半導(dǎo)體設(shè)計(jì) IP 公司。最終，Imagination 科技公司宣布將以 6000 萬美元現(xiàn)金收購芯片廠商 MIPS：收購了 MIPS 經(jīng)營業(yè)務(wù)及 82 項(xiàng)專利，以及 MIPS 的 160 位工程師；而 ARM 則透過一個(gè)投資聯(lián)盟 Bridge Crossing 取得 MIPS 489 項(xiàng)專利組合的權(quán)利。
MIPS 技術(shù)公司的 LOGO
新的 LOGO 中依舊保留著 MIPS 的印記
思考一下，MIPS 的結(jié)局為什么是這樣呢？
答案在于它的自身，MIPS 起源于學(xué)院，在很長時(shí)間里都擺脫不了學(xué)院派的做法，特別是當(dāng)公司取得了一定的商業(yè)地位以后更加變得固步自封，缺少了商業(yè)上的遠(yuǎn)見和野心。而與其比肩的 ARM 則完美地演繹了一出技術(shù)商業(yè)化的故事（故事的細(xì)節(jié)見后文）。
所以，每當(dāng)大家談起 ARM 和 MIPS，第一反應(yīng)總是“MIPS 相對大、強(qiáng)、功耗大”而“ARM 相對小、弱、功耗低”，這不就是活生生學(xué)院派和商業(yè)派的特征嗎？
至于將來 MIPS 將何去何從，我們拭目以待。
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與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，謝絕轉(zhuǎn)載！
系列匯總：
之二：處理器的春秋戰(zhàn)國時(shí)代：8 位處理器的恩怨與紛爭（上）
之三：處理器的春秋戰(zhàn)國時(shí)代：8 位處理器的恩怨與紛爭（下）
之四：處理器的三國時(shí)代：蘋果攪動(dòng) MCU 江湖
之五：處理器的三國時(shí)代：DR 公司盛氣凌人，IBM 轉(zhuǎn)身成就微軟
之六：32 位處理器的攻“芯”計(jì)：英特爾如何稱霸 PC 江湖？
之七：AMD 稱霸 PC 處理器市場的“曇花一現(xiàn)”
之八：CPU 兩大陣營對擂，X86 構(gòu)架讓英特爾如日中天
之九：你知道 X86 構(gòu)架，你知道 SH 構(gòu)架嗎？
