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關于MIPS與ARM之間的對比分析和差異性

lC49_半導體 ? 來源:djl ? 2019-09-05 08:56 ? 次閱讀
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日前,一則Imagination將要分拆出售的消息攪動了整個電子圈。大家除了對這個移動GPU巨頭因為“蘋果的棄用”而被迫選擇出售感到無奈以外,還對MIPS的再度出售感到惋惜。

作為知名的精簡指令集計算(RISC)的推行者,MIPS的成立甚至比競爭對手ARM還早六年,但眼看現(xiàn)在ARM在多個領域應用中如魚得水,市值也一再攀高。與之對比,MIPS的落寞就讓人有點費解,同樣的,甚至面世還早,MIPS是究竟落得這樣的田地的呢?這得從RISC的誕生說起。

MIPS RISC設計誕生,改變了處理器產(chǎn)業(yè)

現(xiàn)代各種電器核心的微處理器起源于上個世紀Intel、德州儀器和Garrett AiResearch工業(yè)部三個公司的三個計劃,推出的三個微處理器先鋒則分別是Intel 4004、 TMS 1000和CADC。自此以后,就開啟了風風火火的微處理器革命。

回看發(fā)展歷程。在微處理器誕生早期,基本上都是不同廠商生產(chǎn)不同架構的芯片(例如Intel的X86系列處理器),雖然后來在IBM的“強迫”之下Intel將X86架構授權給其他幾家廠商生產(chǎn)處理器,但當時的主流一直都是處理器廠商自主研發(fā)架構和設計甚至生產(chǎn)處理器的。這種境況一直維持到1980年,RISC的誕生。

精簡指令集的名稱最早來自1980年大衛(wèi)·帕特森在加州大學柏克萊分校主持的Berkeley RISC計劃。但其實在他之前,已經(jīng)有人提出類似的設計理念。由約翰·科克主持,在1975年開始,1980年完成的IBM 801項目,可能是第一個使用精簡指令集理念來設計的系統(tǒng)。

跟Intel X86這種復雜指令集不一樣,設計了許多特性讓代碼編寫更加便捷,但這些復雜特性需要幾個指令周期才能實現(xiàn),并且常常不被運行程序所采用。此外,處理器和主內(nèi)存之間運行速度的差別也變得越來越大。在這些因素促使下,出現(xiàn)了一系列新技術,使處理器的指令得以流水執(zhí)行,同時降低處理器訪問內(nèi)存的次數(shù)。精簡指令集對指令數(shù)目和尋址方式都做了精簡,使其實現(xiàn)更容易,指令并行執(zhí)進程度更好,編譯器的效率更高。這種相對新的指令集的面世促進了MIPS的誕生。

在RISC流行起來之后,斯坦福大學前校長,John LeRoy Hennessy就和他的研究團隊基于RISC打造了一款全新的微處理器,這個項目就是MIPS的前身。1984年,John LeRoy Hennessy與他的團隊一起創(chuàng)立了MIPS。他們公司的商業(yè)模式就是將做好的芯片設計方案授權給給她廠商,讓他們可以方便地制造出高性能的CPU。

他們在研發(fā)進程上也不負眾望。在成立第二年,他們就推出了第一個處理器設計R2000,三年后則推出了R3000,他們甚至在1991年就推出了64bit的設計R4000。要知道其競爭對手ARM到了2012年才大范圍推廣64bit處理器設計??梢娺@家企業(yè)在設計上的前瞻性。

成立早期,MIPS自己也生產(chǎn)處理器,他們自己流片的R3000是MIPS首款在市場上流行起來的產(chǎn)品,銷售超過了百萬顆。后續(xù)的R3000A則創(chuàng)造了過億銷售的奇跡。

除了自身設計外,Pacemips、IDT東芝半導體公司都在MIPS發(fā)展早期采用了其設計制造芯片,其生產(chǎn)的芯片也被Sony, Nintendo的游戲機,Cisco的路由器和SGI超級計算機等終端設備采用。尤其是家用路由器市場,現(xiàn)在看來,也幾乎是MIPS絕對壟斷,這是毫無疑問的。

錯失智能手機時代,無力回天

作為一個老學究創(chuàng)立的企業(yè),MIPS的產(chǎn)品從面世開始就以高性能著稱。這主要得益于其是一系列基于管線方式工作的處理器。這就使得其大多數(shù)指令都能遵循這種方式工作,能達到理論上的最大值。而從MIPS的發(fā)展史上看,他們一開始就以Intel的X86位對標產(chǎn)品,因此其產(chǎn)品的高性能也是無可厚非,但正是這種高舉高打,也是造成MIPS今日格局的一個原因,這在后面再說。但我們可以肯定的是,造成MIPS今天結局的主要原因,肯定不是技術。那么我們就要從商業(yè)上思考。

正如前面所說,這個由老學究打造的企業(yè),雖然產(chǎn)品擁有很不錯的性能,但是由于對商業(yè)不夠敏感,導致了MIPS的商業(yè)化進程遲遲落后。例如他們成立了三年之后,才推出第一個芯片,這就讓足以讓我們對其商業(yè)化的緩慢窺見一斑。但錯失了移動時代,才正式敲響了他們的“喪鐘”。

前面提到,MIPS一開始是對標Intel,面向中高端市場做產(chǎn)品的,他們在高清盒子、路由器等市場上也是戰(zhàn)果累累。而其競爭對手ARM從誕生開始就瞄準了嵌入式低功耗領域,在這個領域默默耕耘了十數(shù)年,終于在21世紀第一個十年迎來了自己的時代。而當時只聚焦中高端的MIPS則在功耗上沒有太多優(yōu)勢,這就限制了他們的發(fā)展。在這里需要說一下,MIPS的高性能,又不能強大到去入侵性能需求更強,容量更大的市場,這就讓他們困在那個市場里進退維艱。最主要的是,MIPS的反應的緩慢再一次拖累了他們的轉(zhuǎn)型。

在ARM聯(lián)合高通、蘋果、聯(lián)發(fā)科等公司面向智能手機市場做移動處理器芯片的時候,MIPS依然沉醉在高清盒子、打印機等小眾產(chǎn)品市場,后來智能手機市場的大爆發(fā),我就不再贅言。但可以看到,MIPS的遲緩導致他們失去了最關鍵的十年(2007到2017)。其實這只是其中一個原因,授權模式和費用也是MIPS失敗的另一個因素。

因為是一個英國企業(yè),與根正苗紅的美國半導體企業(yè)相比,ARM在成立早期,也沉淪了數(shù)年,但由于他們一直聚焦在低功耗嵌入式領域,授權方式極具靈活性(更多是IP授權,很少是架構授權),并在價格上具備優(yōu)勢,這就吸引了TI和LSI等公司的注意。相對便宜的價格,也吸引了更多的人來玩ARM芯片,完善了ARM的工具和生態(tài),尤其是吸引了學生的眼光,這就為ARM未來的爆發(fā)夯實了基礎。

與之相反的是,MIPS主要是架構授權,這就失去了前者所具備的推出速度,軟件高兼容的特點。硬件的落后,導致軟件平臺的落后,造成的惡性循環(huán),加速了MIPS的衰落。種種原因?qū)е翸IPS在2012年被Imagination和ARM瓜分。到了今年又被MIPS拆分賣給Tallwood Venure Capita。曾經(jīng)風光一時的企業(yè)無奈面對多次轉(zhuǎn)手的收場。


給我們帶來的一些思考

對于MIPS今天的局面,一千人有一千個觀點。但我們可以肯定的是,這并不是技術的原因。在前面我們一直強調(diào),在創(chuàng)業(yè)早期階段,MIPS的性能一直優(yōu)越于ARM,但最后ARM卻成功了,這就從側(cè)面說明了性能高并不代表你能成功,能夠適合市場需要才是最重要的。這是MIPS帶給我們的第一個教訓。

其次,在擁有眾多相同競爭對手的時候,能夠決定你輸贏的只有是商業(yè)模式、運氣加上你的那種根據(jù)終端市場改變而改變的相應能力?;氐?007年,如果MIPS能夠快速跟進解決功耗、完善生態(tài),推進和Fabless的合作,現(xiàn)在移動處理器的格局也許存在新的變數(shù)。相反你看ARM,Cortex-M系列授權收費方式的轉(zhuǎn)變,是他們面對潛在挑戰(zhàn)的一種應對。這種反應速度是MIPS所不具備的。

第三,讓更多的初學者參與到你的產(chǎn)品中來,這個非常重要。作者在與行業(yè)一位資深專家聊天的時候,咨詢到MIPS失敗的可能原因。他認為,MIPS作為一個經(jīng)典的架構,設計有板有眼,是很多計算機類書籍介紹架構時候經(jīng)常用的一個例子。但是在工程屆,MIPS并不是很受歡迎,相關的應用書籍、學習資源也相對較少。相反,ARM這方面就做得更加好。更多的參與者近來了,就會有更多的分享,就會吸引更多的人學習,繼續(xù)分享更多的內(nèi)容,這樣的良性循環(huán),對任何一款芯片或者開源系統(tǒng),都是成功的先決條件。

第四,ARM能夠獲得成功的一個主要原因是擁有了CPU和GPU,這兩者的結合讓他們在移動時代所向披靡。反之我們看只擁有CPU的MIPS和原來只有GPU的Imagination的下場。揭露了現(xiàn)在市場的集成化優(yōu)勢。晶圓代工產(chǎn)業(yè)的流行,IP供應商的崛起,讓廠商整合解決大部分問題,提供更簡便的解決方案,這在未來的物聯(lián)網(wǎng)時代顯得非常重要。而現(xiàn)在的半導體產(chǎn)業(yè)的整合,也基本是這樣一個趨勢。對于全球,尤其是中國的集成電路創(chuàng)業(yè)者來說,這是一個很好的經(jīng)驗。

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