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MIPS處理器 服務器世界的另一種心臟
2009-01-11   

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 piped stages),其機制是盡量利用軟件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制出來的。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采用構成各種工作站和計算機系統。

MIPS 技術公司是美國著名的芯片設計公司,它采用精簡指令系統計算結構(RISC)來設計芯片。和英特爾采用的復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,并可以應用更多先進的技術,開發更快的下一代處理器。MIPS是出現最早的商業RISC架構芯片之一,新的架構集成了所有原來MIPS指令集,并增加了許多更強大的功能。

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,又陸續推出R8000(于1994 年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型號。1999年,MIPS公司發布MIPS 32和MIPS 64架構標準。2000年,MIPS公司發布了針對MIPS 32 4Kc的新版本以及未來64位MIPS 64 20Kc處理器內核。

在MIPS 芯片的發展過程中,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 處理器是采用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。采用MIPS32TM體系結構,并且具有R4000存儲器管理單元(MMU)以及擴展的優先級模式,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 主要針對網絡基礎設施市場,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芯片系統。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服務器;這種CPU更適合圖形工作站使用。MIPS最新的R12000芯片已經在SGI的服務器中得到應用,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Sony, Nintendo的游戲機,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芯片的競爭,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芯片廠商所采用。

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強調軟硬件協同提高性能,同時簡化硬件設計。

中國龍芯2和前代產品采用的都是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,屬于RISC 體系。過去,MIPS架構的產品多見于工作站領域,索尼PS2游戲機所用的“Emotion Engine”也采用MIPS指令,這些MIPS處理器的性能都非常強勁,而龍芯2也屬于這個陣營,在軟件方面與上述產品完全兼容。

作者點評:MIPS技術公司則是一家設計制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商。在通用方面,MIPS R系列微處理器用于構建SGI的高性能工作站、服務器和超級計算機系統。在嵌入式方面,MIPS K系列微處理器是目前僅次于ARM的用得最多的處理器之一(1999年以前MIPS是世界上用得最多的處理器),其應用領域覆蓋游戲機、路由器、激光打印機、掌上電腦等各個方面。

由于服務器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 兩種類型服務器處理器,而“Alpha技術”則被Intel和AMD吸收應用到他們自身的處理器中; MIPS處理器應用范圍則較廣,對于作為服務器RISC處理器來說,主要是應用于專門的圖形工作站/服務器上;相對來說,應用面較專業,因而競爭較少。就目前的服務器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服務器曾為Sun 帶進大量營收,不過,經過.com 泡沫化的沖擊,加上Unix服務器市場漸趨平穩,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。并且Sun和富士通計劃在2006年之前將它們基于Sparc處理器的服務器產品合并在一起,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。


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