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复盘MIPS,为什么成不了另一个ARM

2017-10-11 11:47| 发布者: 炼数成金_小数| 查看: 8544| 评论: 0|原作者: 李寿鹏|来自: 半导体行业观察
摘要: 日前,一则Imagination将要分拆出售的消息搅动了整个电子圈。大家除了对这个移动GPU巨头因为“苹果的弃用”而被迫选择出售感到无奈以外,还对MIPS的再度出售感到惋惜。作为知名的精简指令集计算(RISC)的推行者,MI ...
工具 架构 GPU 芯片 高性能
日前,一则Imagination将要分拆出售的消息搅动了整个电子圈。大家除了对这个移动GPU巨头因为“苹果的弃用”而被迫选择出售感到无奈以外,还对MIPS的再度出售感到惋惜。

作为知名的精简指令集计算(RISC)的推行者,MIPS的成立甚至比竞争对手ARM还早六年,但眼看现在ARM在多个领域应用中如鱼得水,市值也一再攀高。与之对比,MIPS的落寞就让人有点费解,同样的,甚至面世还早,MIPS是究竟落得这样的田地的呢?这得从RISC的诞生说起。

MIPS RISC设计诞生,改变了处理器产业
现代各种电器核心的微处理器起源于上个世纪Intel、德州仪器和Garrett AiResearch工业部三个公司的三个计划,推出的三个微处理器先锋则分别是Intel 4004、 TMS 1000和CADC。自此以后,就开启了风风火火的微处理器革命。


回看发展历程。在微处理器诞生早期,基本上都是不同厂商生产不同架构的芯片(例如Intel的X86系列处理器),虽然后来在IBM的“强迫”之下Intel将X86架构授权给其他几家厂商生产处理器,但当时的主流一直都是处理器厂商自主研发架构和设计甚至生产处理器的。这种境况一直维持到1980年,RISC的诞生。

精简指令集的名称最早来自1980年大卫·帕特森在加州大学柏克莱分校主持的Berkeley RISC计划。但其实在他之前,已经有人提出类似的设计理念。由约翰·科克主持,在1975年开始,1980年完成的IBM 801项目,可能是第一个使用精简指令集理念来设计的系统。

跟Intel X86这种复杂指令集不一样,设计了许多特性让代码编写更加便捷,但这些复杂特性需要几个指令周期才能实现,并且常常不被运行程序所采用。此外,处理器和主内存之间运行速度的差别也变得越来越大。在这些因素促使下,出现了一系列新技术,使处理器的指令得以流水执行,同时降低处理器访问内存的次数。精简指令集对指令数目和寻址方式都做了精简,使其实现更容易,指令并行执进程度更好,编译器的效率更高。这种相对新的指令集的面世促进了MIPS的诞生。

在RISC流行起来之后,斯坦福大学前校长,John LeRoy Hennessy就和他的研究团队基于RISC打造了一款全新的微处理器,这个项目就是MIPS的前身。1984年,John LeRoy Hennessy与他的团队一起创立了MIPS。他们公司的商业模式就是将做好的芯片设计方案授权给给她厂商,让他们可以方便地制造出高性能的CPU。

他们在研发进程上也不负众望。在成立第二年,他们就推出了第一个处理器设计R2000,三年后则推出了R3000,他们甚至在1991年就推出了64bit的设计R4000。要知道其竞争对手ARM到了2012年才大范围推广64bit处理器设计。可见这家企业在设计上的前瞻性。

成立早期,MIPS自己也生产处理器,他们自己流片的R3000是MIPS首款在市场上流行起来的产品,销售超过了百万颗。后续的R3000A则创造了过亿销售的奇迹。

除了自身设计外,Pacemips、IDT和东芝等半导体公司都在MIPS发展早期采用了其设计制造芯片,其生产的芯片也被Sony, Nintendo的游戏机,Cisco的路由器和SGI超级计算机等终端设备采用。尤其是家用路由器市场,现在看来,也几乎是MIPS垄断,这是毫无疑问的。

错失智能手机时代,无力回天
作为一个老学究创立的企业,MIPS的产品从面世开始就以高性能著称。这主要得益于其是一系列基于管线方式工作的处理器。这就使得其大多数指令都能遵循这种方式工作,能达到理论上的较大值。而从MIPS的发展史上看,他们一开始就以Intel的X86位对标产品,因此其产品的高性能也是无可厚非,但正是这种高举高打,也是造成MIPS今日格局的一个原因,这在后面再说。但我们可以肯定的是,造成MIPS今天结局的主要原因,肯定不是技术。那么我们就要从商业上思考。

正如前面所说,这个由老学究打造的企业,虽然产品拥有很不错的性能,但是由于对商业不够敏感,导致了MIPS的商业化进程迟迟落后。例如他们成立了三年之后,才推出第一个芯片,这就让足以让我们对其商业化的缓慢窥见一斑。但错失了移动时代,才正式敲响了他们的“丧钟”。

前面提到,MIPS一开始是对标Intel,面向中高端市场做产品的,他们在高清盒子、路由器等市场上也是战果累累。而其竞争对手ARM从诞生开始就瞄准了嵌入式低功耗领域,在这个领域默默耕耘了十数年,终于在21世纪第一个十年迎来了自己的时代。而当时只聚焦中高端的MIPS则在功耗上没有太多优势,这就限制了他们的发展。在这里需要说一下,MIPS的高性能,又不能强大到去入侵性能需求更强,容量更大的市场,这就让他们困在那个市场里进退维艰。最主要的是,MIPS的反应的缓慢再一次拖累了他们的转型。

在ARM联合高通、苹果、联发科等公司面向智能手机市场做移动处理器芯片的时候,MIPS依然沉醉在高清盒子、打印机等小众产品市场,后来智能手机市场的大爆发,我就不再赘言。但可以看到,MIPS的迟缓导致他们失去了最关键的十年(2007到2017)。其实这只是其中一个原因,授权模式和费用也是MIPS失败的另一个因素。

因为是一个英国企业,与根正苗红的美国半导体企业相比,ARM在成立早期,也沉沦了数年,但由于他们一直聚焦在低功耗嵌入式领域,授权方式极具灵活性(更多是IP授权,很少是架构授权),并在价格上具备优势,这就吸引了TI和LSI等公司的注意。相对便宜的价格,也吸引了更多的人来玩ARM芯片,完善了ARM的工具和生态,尤其是吸引了学生的眼光,这就为ARM未来的爆发夯实了基础。

与之相反的是,MIPS主要是架构授权,这就失去了前者所具备的推出速度,软件高兼容的特点。硬件的落后,导致软件平台的落后,造成的恶性循环,加速了MIPS的衰落。种种原因导致MIPS在2012年被Imagination和ARM瓜分。到了今年又被MIPS拆分卖给Tallwood Venure Capita。曾经风光一时的企业无奈面对多次转手的收场。

给我们带来的一些思考
对于MIPS今天的局面,一千人有一千个观点。但我们可以肯定的是,这并不是技术的原因。在前面我们一直强调,在创业早期阶段,MIPS的性能一直优越于ARM,但最后ARM却成功了,这就从侧面说明了性能高并不代表你能成功,能够适合市场需要才是最重要的。这是MIPS带给我们的第一个教训。

其次,在拥有众多相同竞争对手的时候,能够决定你输赢的只有是商业模式、运气加上你的那种根据终端市场改变而改变的相应能力。回到2007年,如果MIPS能够快速跟进解决功耗、完善生态,推进和Fabless的合作,现在移动处理器的格局也许存在新的变数。相反你看ARM,Cortex-M系列授权收费方式的转变,是他们面对潜在挑战的一种应对。这种反应速度是MIPS所不具备的。

第三,让更多的初学者参与到你的产品中来,这个非常重要。作者在与行业一位资深专家聊天的时候,咨询到MIPS失败的可能原因。他认为,MIPS作为一个经典的架构,设计有板有眼,是很多计算机类书籍介绍架构时候经常用的一个例子。但是在工程届,MIPS并不是很受欢迎,相关的应用书籍、学习资源也相对较少。相反,ARM这方面就做得更加好。更多的参与者近来了,就会有更多的分享,就会吸引更多的人学习,继续分享更多的内容,这样的良性循环,对任何一款芯片或者开源系统,都是成功的先决条件。

第四,ARM能够获得成功的一个主要原因是拥有了CPU和GPU,这两者的结合让他们在移动时代所向披靡。反之我们看只拥有CPU的MIPS和原来只有GPU的Imagination的下场。揭露了现在市场的集成化优势。晶圆代工产业的流行,IP供应商的崛起,让厂商整合解决大部分问题,提供更简便的解决方案,这在未来的物联网时代显得非常重要。而现在的半导体产业的整合,也基本是这样一个趋势。对于全球,尤其是中国的集成电路创业者来说,这是一个很好的经验。

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