MIPS 已死，转身投靠 RISC-V

转载：本文嚟自微信公众号“CSDN”（ID:CSDNnews），作者：马超，责编：欧阳姝黎、苏宓，转载经授权发布。

“MIPS 岂是无情物，化为 RISC-V 更护芯”。

曾经在 PC 时代同 X86、ARM 三分日下嘅 MIPS，几经辗转之后，于呢排迎嚟‌命运嘅终章，正式加入同属精简指令集 RISC-V 嘅阵营。

在呢个万物互联嘅 IoT 时代，基于精简指令集嘅芯片在能耗、效率等方面拥有明显嘅优势， 尤其在开源光环嘅加持下，RISC-V 近期嘅发展风声水起，无往不利。相对比下，MIPS 作为入门 CPU 工作原理时必学嘅经典架构，喺呢一片大好嘅形势下黯然退场，住实令我哋广大程序员群体无限唏嘘。

MIPS——曾经独自扛起 RISC 大旗嘅指令集

MIPS （Microprocessor without interlocked pipelined stages），即“无内部互锁流水级嘅微处理器”，其关键思想是尽量利用软件办法避免流水线中嘅问题，而不使用硬件锁。

1981 年，斯坦福大学嘅第十任校长、冯诺依曼奖同图灵奖嘅双料得主约翰·轩尼诗教授做出‌世界第一款 MIPS 架构嘅处理器。这几乎都是世界上第一款真正实践‌精简指令思想嘅处理器。

而而家将 MIPS 收入麾下嘅 RISC-V，直到 30 年后嘅 2010 年才诞生，除此之外，同 MIPS 同场竞技三十年嘅 ARM 系列，都是彼时嘅 4 年后才由 ARM 公司嘅前身 Acorn 设计出第一代原型产品。

不过在当时嘅嗰个年代 ARM 仲未有乜嘢上台面嘅机会，刚出生不耐 ARM 就面对住各种动荡同波折。喺一手创办出前两代 ARM 芯片之后，有住“英国苹果公司”之称嘅 Acorn 后嚟轰然倒在‌个人电脑时代到嚟之前，但系以说在当时嘅好长一段时间内，MIPS 几乎是以一己之力独自扛起‌ RISC 阵营嘅大旗。

精简时代嘅日之骄子 MIPS

可谓 30 年河东，30 年河西。而家回睇 MIPS，都曾一度辉煌。

众所周知，喺计算机度，等 CPU 执行某种运算、处理功能嘅命令称为指令，是计算机运行嘅最小嘅功能单位。指令集是指芯片全部指令嘅集合，是计算机系统能提供嘅全部功能体现，最关键嘅系指令集决定‌指令嘅格式同机器嘅结构，因此指令集都常被称作芯片架构，如果说芯片是计算机嘅核心，噉么指令集就是芯片嘅核心。

在复杂指令集大行其道嘅上世纪 60 到 70 年代，计算机系统嘅内存、存储、 CPU 等等资源都非常匮乏，用户对于性能嘅要求往往是第一位嘅，而且当时大型嘅软件项目仲不多，高级语言便于组织协同、提升工程效率嘅特点仲无办法显现，汇编语言做为性能保证在当时是拥有绝对嘅统治地位嘅，从某种意义上讲汇编语言就是指令集嘅 API，因此当时嘅指令集往往倾向于提供更多嘅 API 指令，使程序员以更少嘅代码，完成更多嘅工作。

但随住时间嘅推移,指令嘅增加似乎没有尽头，据说当时一台摩托罗拉大型机嘅汇编语言参考手册相当于 5 本新华字典，一般资质嘅程序员不折腾一年半载可能连个 HELLO WORLD 都写不出嚟，甚至好多指令连芯片厂商嘅设计人员都只能机械式嘅从上个版本中继承，却不知道实际有何作用，日下苦复杂指令集耐矣。

MIPS 是一出生就显示出日选之子嘅气象，正如上文所述，喺当时嗰个年代精简指令集对于复杂指令集有住碾压式嘅优势，喺咁样嘅大背景下，1984 年，约翰·轩尼诗教授走斯坦福大学，正式创立 MIPS 科技公司。

1985 年，MIPS 科技设计出 R2000 芯片；

1988年，MIPS 将 R2000 升级为 R3000，不负众望，R3000 一经推出便风靡全球，就算今年轻嘅读者已经完全没听过乜嘢 R3000 芯片嘎啦，但相信你都一定知道索尼嘅游戏平台 Play Station，这款首发于 1994 年嘅创世神机，搭载嘅就是 MIPS R3000A CPU。

Play Station 在 30 年前嗰个时代就带嚟‌令个 IT 界为之震撼嘅 3D 图像效果，好快占据‌家庭娱乐市场嘅 C 位，Play Station 嘅横空出世都为 MIPS 做‌一波最好嘅代言，R3000 这款芯片强到没朋友。

MIPS VS Itanium 服务器双雄，却接连落幕

借 Play Station 成功上位之后，MIPS 又成功进军服务器市场，先是在 1991 年登陆 SGI 嘅 Indigo 工作站。

随后又在 1997 年，随 NEC Cenju-4 超级计算机共同亮相，这台超算极具划时代意义，佢最多可集成 1024 个 MIPS R10000 CPU，具有好多类似于同步广播、多级网络连接等超前嘅设计。

这两款服务器产品，不但为 MIPS 带嚟良好嘅业绩，更在业界为 MIPS 赢得‌极佳嘅口碑。

如果说 MIPS 剩只用在游戏机上嘅话，噉我谂英特尔大概率会选择忍耐，不过当战火烧到‌企业级嘅服务器市场，这块兵家必争之地时，英特尔这位芯片界嘅霸主就只能亲身下场同 MIPS 展开决战嘎啦。

为应对 MIPS 系列芯片带嚟嘅冲击，20 年前嘅英特尔上嚟就甩‌王炸，直接抛弃‌ X86 架构，推出 Intel Architecture 64 架构嘅安腾（Itanium）系列服务器级 CPU，我哋知道由于历史原因 X86 系列嘅 CPU 始终都要保持向后兼容，都就是为 286 编写嘅程序，都要能完美运行在 486 上，不过 286 是 16 位而 486 却是 32 位，等两个位长都不一样嘅 CPU 运行同样嘅程序，仲要不出问题，这可真是难为英特尔嘅程序员嘎啦，X86 系列 CPU 经常要在各种保护模式、实模式之间嚟回横跳，没有过硬嘅技术功底，想弄明白 X86 嘅系统系点样加载引导嘅都十分困难。

Intel Architecture 64 架构号称真 64 位芯片，都就是说基于呢种架构嘅安腾 CPU 不需要在各种兼容模式下切换，不过咁样做嘅代价却是要同 x86 决裂。

按理嚟讲，同一厂商嘅 CPU 往往都要考虑相互兼容嘅问题，没有边个客户能接受将 CPU 从 I3 升级成 I7 后，Word 都无办法运行嘅后果，因此推出同 X86 说再见嘅安腾系列肯定是最后嘅无奈之举嘎啦，但这都从侧面等我哋能感受到当年 MIPS 正面硬刚英特尔呢个芯片业老大时嘅不凡风范。

记得笔者在多年前啱啱到金融行业工作时，第一次接触小型机就是基于安腾系列芯片嘅，其性能、稳定性等等方面表现都系好唔错嘅，当然彼时嘅小型机在去 IOE 风潮之下，而家已经好难再见到嘎啦，安腾系列自从 2017 年 9700 系列都就停止‌更新， 并在 2019 年被正式砍掉，历史总是拥有对称之美，2001 年时任英特尔 CTO 嘅帕特·基辛格亲自发布‌安腾 2，见证‌安腾嘅从无到有。

而在而家帕特·基辛格回归英特尔出任 CEO 时，又正值 MIPS 轰然倒下，这真可谓是世事难料，诸行无常。

MIPS 落幕！

十年前笔者仲经常混迹于 CSDN 论坛，担任嵌入式大版嘅版主，当时 MIPS 架构嘅应用开发同移植，包括 WINCE、ucLinux 等各类式操作系统区嘅热门话题，喺当时嘅势头仲好好。

不过同诺基亚一样，MIPS 由于始终没有搞定能耗嘅问题，而痛失移动时代嘅机遇，最终慢慢淡出大众嘅视线，开始‌漫长嘅告别。

2013-2014 年，拥有 PowerVR GP 嘅图片处理芯片公司 Imagination，喺一系列嘅复杂操作下收购‌ MIPS 及 MIPS 所有嘅知识产权，但是并入 Imagination 后 MIPS 继续萎缩，后嚟又被 AI 数据流处理器嘅初创公司 Wave Computing 所收购，巧合嘅系 Wave Computing 同 RISC-V 一样都系成立于 2010 年。

对于 Wave Computing 收购 MIPS 不知系咪是出于情怀，毕竟彼时嘅 MIPS 一直耕耘嘅 CPU 领域其实同 AI 数据流处理器完全不同，CPU 本身是中央控制单元，所谓控制就是跳转，而且 CPU 进行嘅计算主要是将任务转换成加法嚟进行嘅，比如减法是加一个有符合嘅负数，乘法是多个数相加。

但是在 AI 嘅神经网络世界度，神经元嘅工作可以抽象为对于输入数据乘以权重以表示信号强度乘积加总，再由 ReLU、Sigmoid 等应用激活函数调节，本质是将输入数据同权重矩阵相乘，并输入激活函数，对于有三个输入数据同两个全连接神经元嘅单层神经网络而言，需要将输入同权重进行六次相乘，并得出两组乘积之同。这实际上就是一个矩阵乘法运算。因此 AI 嘅运算中向量同矩阵嘅运算才是基础。

在这其度，我哋睇到针对 AI 计算嘅特殊性，各大科技巨头在励精图治后都畀出‌自己嘅独门绝技。比如华为推出嘅“达芬奇架构”，具体嚟讲，达芬奇架构采用 3D Cube 针对矩阵运算做加速，以 N*N 嘅矩阵乘法为例，3D Cube 技术通过优化嘅运算单元，但系以将运算复杂度直接降低幂级，这都造就‌基于达芬奇架构嘅昇腾 910 芯片成为地表算力最强嘅 AI 芯片。

另外谷歌 TPU 选择‌复杂指令集作为其架构基础，谷歌创建‌一个编译器同软件栈，将嚟自 TensorFlow 嘅 API 调用直接转化成 TPU 指令，这都印证咁样一个逻辑，喺 AI 嘅世界中几乎所有嘅运算都需要对应嘅指令同电路进行专门嘅优化才能真正提升效率。

从呢个角度上睇从事 AI 处理器嘅 Wave Computing 定系选择复杂指令集更为合理，收购 MIPS 似乎将注定是一次美丽嘅错误。

成都开源，败都开源

MIPS 嘅回光返照发生于 2019 年，前 MIPS 授权许可业务总裁 Art Swift 正式接任 Wave Computing CEO 一职，并提出 MIPS OPEN 计划，将 MIPS 架构开源，以期通过像 RISC-V 那样通过免费同开放战略吸引到更多企业客户同开发者。MIPS 开源嘅举措，喺当时被认为既向 ARM 示威，又向 RSIC-V 宣战，更为即将开始嘅 IoT 时代做好准备。

但选择开源就要厚积薄发同时间为伴，我哋睇到像 Linux、RT-Thread、TiDB 等成功嘅开源项目，都有长时间嘅社区人气积累同技术沉淀嘅加持，想要立竿见影嘅效果去急功近利嘅开源只能适得其反。

MIPS 开源后不耐，Wave Computing 便陷入人事调整，啱啱指掌公司不到半年嘅 CEO Art Swift 宣布离任，这位 MIPS 铁杆人物嘅出走都等业界对 Wave Computing 及 MIPSOPEN 嘅发展打上‌一个大大嘅问号，更使 MIPS 开源社区嘅士气大受打击。

今年 2 月 10 日，Wave Computing 正式宣告资产重组，喺其最后嘅声明中宣布 MIPS 正喺度开发基于 RISC-V 嘅“第八代标准体系结构”。

3 月 8 日，MIPS 宣布将履行之前嘅 MIPS OPEN 计划，并正式加入 RISC-V 阵营，至此 MIPS 同 RISC-V 正式官宣合体。

值得欣慰嘅系，MIPS 同 RISC-V 在中国发展得都仲唔错，比如国内嘅芯片厂商龙芯同芯联芯都买断‌ MIPS 嘅知识产权，尤其系龙芯在吸收 MIPS 精华之后，仲要推出‌自主嘅 Loongarch 芯片指令集，并独创‌指令翻译技术，兼容第啲平台应用。喺上年嘅操作系统全国高校联赛度，国产嘅开源操作系统 RT-ThreadSmart 同国产全志 RISC-V 处理器嘅组合已经成功登台亮相，获得组委会大奖，呢一切似乎预示住开源同中国有源，最后祝愿 MIPS 能够借助于 RISC-V 嘅开源理念再回巅峰，都愿 RISC-V 能够助我国早日去除“芯”痛。