MIPS公司自從去年被Imagination 等公司瓜分了以后，沉寂了很長一段時間，使這個當初與ARM同為RISC雙雄的傳統(tǒng)處理器設計廠商與ARM的距離越走越遠，但在經(jīng)過收購和整頓以后，MIPS卷土重來，Imagination在近日不但更新了MIPS旗艦級的 Aptiv 內(nèi)核現(xiàn)有的產(chǎn)品組合，并且宣布在今年稍晚點時候推出包括32位和64位內(nèi)核的全系列新款MIPS CPU，新的 MIPS Series5 CPU 內(nèi)核代號為“Warrior”（“勇士”）。新產(chǎn)品將增加新的架構特性，從而為各種應用提供同類最佳的性能與效率。這個曾經(jīng)的勇士又重回第一陣營，準備和ARM在32/64位處理器領域展開“廝殺”。

　　下面對MIPS的Aptiv處理器進行全解析，讓大家了解，RISC并不只是有ARM。

　　MIPS發(fā)布的Aptiv系列總共包括三款處理器——ProAptiv、interAptiv和microAptiv，其中前兩者可選擇多核配置，最大核心數(shù)量proAptiv為6，interAptiv為4。而最低端的microAptiv均為單核心。

　　以下三張表格有助于對比MIPS和ARM兩者全系列產(chǎn)品的性能，注意這里主要根據(jù)命名即產(chǎn)商自己給予的定位分類，而不是實際性能排序。其中Cortex-A系列對應MIPS proAptiv，Cortex-R系列對應interAptiv，Cortex-M系列對應microAptiv。

　　雖然MIPS將interAptiv定位于Cortex-A5/A7/A9的競爭對手，但根據(jù)其內(nèi)部緩存ECC支持等一些特性，將其和Cortex-R系列性能對比更好一些，兩者官方的市場定位倒是相同——無線基帶以及汽車安全/傳動系控制等應用。

　　而在微控制器核心領域，MIPS microAptiv系列的對手是ARM Cortex-M系列。

　　下面讓我們來總覽MIPS此次新發(fā)布的處理器一些架構細節(jié)：

　　proAptiv架構總覽

　　proAptiv處理器家族可擁有1-6個物理核心，每個核心的面積均為標準Cortex-A15的一半。想必圍觀群眾已經(jīng)有人表示驚嘆，但做到這一點也不是完全不可能，此前業(yè)內(nèi)已經(jīng)有部分人士覺得ARM Cortex-A15的面積比起其標稱的性能是大了點。MIPS對Anandtech表示，由于ARM對于Cortex-A15的具體規(guī)格沒有嚴格規(guī)定，所以面積值只是估計。一半面積的比值是在移去Cortex-A15中NEON的面積值之后得來，并且MIPS proAptiv中類似模塊32bit SIMD引擎（DSP ASE）非可選部分而是必定集成。

　　每個proAptiv核心都是一顆超標量（superscalar）架構并支持亂序執(zhí)行的CPU，單周期可進行4條整數(shù)以及2條浮點操作。多重級別TLB（頁表緩沖）的應用以及支路緩存/預測的改進使得proAptiv對比上代1074K系列性能提高超過60%。而FPU部分具有dual-issue特性，運行頻率和CPU相同。

　　proAptiv和interAptiv家族還引入了EVA（Extended Virtual Addressing，擴展虛擬化尋址）技術用來更好地管理可用空間。類似于Cortex-A15，這些IP具備一個coherence manager以及整合的L2緩存控制器并支持ECC。不同之處是Cortex-A15的設計極限支持32核心，而proAptiv家族最多支持6個。有意思的部分是proAptiv的Coherent Processing System（CPS）可根據(jù)負載控制各個核心的電壓/頻率等，類似于ARM在Cortex-A15中引入的big.LITTLE大小核心節(jié)能策略。但有一點不同：Cortex-A15中的節(jié)能狀態(tài)運行核心是2個低功耗的Cortex-A7，抑或TI在OMAP 5中使用的Cortex-M4。而MIPS的proAptiv家族由于每個核心都能在超低電壓/頻率下工作，因此節(jié)能核心就是其自身，并且每個核心的面積也小于Cortex-A15。

　　對于嵌入式應用，proAptiv的著重點是對于功耗的敏感性，此時proAptiv的最大運行頻率預計只有1.5GHz左右。Anandtech稱根據(jù)MIPS的最新表態(tài)，1.2GHz的典型運行頻率是在臺積電40nm工藝的最差情況下取得。如采用同樣的28nm HP/G制程，proAptiv與Cortex-A15的極限頻率相當，均為2.0-2.5GHz。

　　interAptiv與microAptiv架構總覽

　　interAptiv產(chǎn)品家族最大的特點是支持超線程——目前ARM還沒有一款產(chǎn)品引入超線程技術。隨著采用Intel Medfield Atom產(chǎn)品的智能設備上市，引入超線程技術對于目前日常使用的負載下性能的提升可謂非常有利。

　　MIPS稱3個interAptiv核心的性能表現(xiàn)類似或略微超過2個Cortex-A9/3個Cortex-A5核心，核心面積綜合三者也大致相當。當然MIPS著重宣傳的CoreMark測試分數(shù)interAptiv肯定占優(yōu)勢。而interAptiv家族產(chǎn)品中CPU執(zhí)行管線為多個線程所共享，可減輕內(nèi)存訪問延遲對于性能的沖擊程度。

　　MIPS將進程解釋為VPE（Virtual Processing Elements），interAptiv核心的流水線深度為9級，不支持亂序執(zhí)行。而支持多線程的IEEE 754標準FPU為可選項，具體廠商/用戶可根據(jù)自己需求定制。此外DSP ASE多媒體處理引擎以及EVA擴展尋址技術也同樣為可選模塊。節(jié)能技術部分interAptiv和proAptiv同樣應用CPS系統(tǒng)。但與 proAptiv對比，interAptiv核心架構的節(jié)能技術更進一步，核心可以在低負載下完全關閉：頻率降為0并且L1指令+數(shù)據(jù)緩存可在此時智能選擇，而proAptiv只能智能選擇L1指令緩存。

　　如使用臺積電40nm G工藝制造，interAptiv產(chǎn)品家族最高頻率可達1GHz并附帶一切模塊和超線程功能，如放棄超線程功能中的硬件調度部分頻率可達1.2GHz，最后如果去掉多媒體處理引擎頻率可沖至1.5GHz。MIPS表示這些參考值為“甜點”頻率，此時功耗比處于最佳狀態(tài)。當然這僅僅是授權標準，實際產(chǎn)品如何取舍由用戶自行選擇。

　　而應用于工業(yè)微控制領域最底端的microAptiv系列產(chǎn)品為此前M14k/c的“軟件優(yōu)化”版，支持microMIPS代碼壓縮。由于整合了DSP ASE引擎，信號處理可在更低成本下完成。

　　這種5級流水線的架構核心頻率在65nm LP制程下最高可達400MHz，MIPS同時給出了和Cortex-M4的對比：

　　當然，對比Cortex-M4多出來一堆特性面積上肯定也要更大：在90nm LP制程工藝的條件下，ARM給出的數(shù)據(jù)是Cortex-M4的面積為0.17平方毫米，而無緩存版microAptiv MCU的面積為0.42平方毫米。但MIPS對Anandtech稱上述數(shù)據(jù)非同條件對比，在90nm LP工藝面積優(yōu)化過后microAptiv只比Cortex-M4面積大0.01平方毫米?？傊@點公說公有理婆說婆有理，不管大多少反正只要有附加特性肯定得用多余的面積來換。

　　新的Warrior詳解：

　　MIPS Series 5系列“勇士”家族將在今年晚些時候發(fā)布，相關細節(jié)已經(jīng)分享給MIPS的主要客戶。

　　新一代MIPS處理器將提供32位、64位版本，都基于真正的MIPS32、MIPS64兼容指令集，64位核心執(zhí)行32位代碼也不需要額外的代碼，而且MIPS 64位架構20年來積累了豐富的開發(fā)工具和應用，生態(tài)系統(tǒng)良好，都可以無縫移植到新處理器上。ARM 64位架構的ARMv8 Cortex-A50系列要到至少明年下半年才會登場，MIPS能趕在人家前邊么？（難……）

　　Series5系列延續(xù)了此前架構中的浮點單元、多線程、多核心、軟件虛擬化、擴展尋址、DSP AES r2，并且全線新增加了硬件虛擬化，并引入了Imagination的高擴展性安全框架，可用于移動設備內(nèi)容保護、安全網(wǎng)絡協(xié)議、支付服務等等。

　　架構上是所謂的“MIPS SIMD Architecture”（MSA），所基于的指令可以很輕松地支持C、OpenCL等高級語言，可快速、簡單地開發(fā)新代碼、重新利用已有代碼。

　　Series5系列照例涵蓋高中低端和微控制器市場，其中追求性能的高端版本依然是超標量亂序架構，注重能效的主流版本則是超標量順序架構，嵌入式的也是順序執(zhí)行。

　　雜談與總結

　　MIPS于2010年9月發(fā)布了1074K系列處理器，直到現(xiàn)在也只有一家廠商推出了實際的產(chǎn)品。雖然有不少家簽署了IP授權協(xié)議，但基于 1074K的SoC處理器僅此一款——eSilicon去年宣布基于GlobalFoundries 28nm制程工藝的1074K產(chǎn)品流片完成，但離最終產(chǎn)品上市還至少有兩年的時間。這一點對于ARM也是同樣，Cortex-A15早在2011年2月就已宣布，實際產(chǎn)品上市要等到2013年初。

　　雖然高端的proAptic核心能帶來和Cortex-A15相當?shù)男阅?，但不得不遺憾地說MIPS的參與實在有點晚了，來晚的參與者如果沒有帶來性能上的優(yōu)勢那就會成為劣勢。幸運的是，MIPS產(chǎn)品的整體功耗更低，和ARM產(chǎn)品面向的市場有一些不同。但更大的劣勢在于市場中和MIPS簽署授權協(xié)議的廠商過少，不過由于兩大巨頭高通和博通均具有授權，在這個移動設備飛速發(fā)展的時代它們可能會利用MIPS產(chǎn)品填補ARM的空缺。（編者按：其實對于龍芯也同樣是一個機遇）

　　盡管Google同樣也把目光投向了MIPS，近期Android NDK更新后用新版開發(fā)工具做出的程序不會再在MIPS平臺出現(xiàn)兼容性問題而無法運行。但夾在ARM與x86兩大陣營之間的MIPS顯然空間并不是太大，MIPS最好的方法就是不要放棄并繼續(xù)耕耘市場，推出更高性能的核心和嘗試打入中低端智能手機/平板電腦市場就是一個好手段。幸運的是，君正這個MIPS的合作伙伴正在不斷努力，還聯(lián)合艾諾推出了全球首款Android 4.0平板電腦。

　　不管怎么說，這次發(fā)布的新proAptiv系列產(chǎn)品對于用戶還是有幾個亮點的，特別是在家用網(wǎng)絡設備和機頂盒領域。這些地方本來就是MIPS而非 ARM的強項，而proAptiv的不俗性能也增加了MIPS進軍消費級市場的底氣。此外interAptiv和microAptiv系列對比ARM的定位相當產(chǎn)品性能具有優(yōu)勢：interAptiv具有超線程技術，microAptiv具有集成的強力DSP引擎。在開拓新市場方面兩者具有不小的優(yōu)勢。

　　預計proAptiv和interAptiv系列核心將于2012年中期開始進入正式生產(chǎn)階段，而microAptiv現(xiàn)在就可進行生產(chǎn)。MIPS已經(jīng)與多家廠商結成了戰(zhàn)略合作關系以推廣自家IP和技術，并推動SoC的研發(fā)速度。我們將繼續(xù)關注基于MIPS架構SoC處理器的進展方向，希望其能盡快拿出實物。