正文

指令集体系结构(4)

大话处理器 作者:万木杨


 

3.3.3  MIPS——优雅的孔雀

如果要说最经典的RISC处理器,那么非MIPS莫属,就连它的竞争对手,也不得不承认它的优雅,它被作为处理器教科书的典范,很多其他的处理器,都能看到它的身影。

MIPS全称为Microprocessor without Interlocked Piped Stages,无内部互锁流水级的微处理器。MIPS是由计算机界的大牛John L. Hennessy领导的小组在1981年开始设计的,当时他是assistant professor。1984年,Hennessy和其他人一起创立了MIPS Computer Systems,开始推出商用的MIPS处理器。Hennessy后来当上了斯坦福大学校长,并是IEEE和ACM院士,还是美国国家工程研究院院士及美国科学艺术研究院院士。他因为在RISC技术方面做出了突出贡献而荣获2001年的Eckert-Mauchly奖章,Eckert和Mauchly就是ENIAC的两个发明人。Hennessy也是2001年Seymour Cray计算机工程奖得主,并且和RISC另一个先驱David A.Patterson分享了2000年冯·诺依曼奖。

在MIPS初期,MIPS处理器的主要客户是一些工作站公司。1991年,大约20个公司坐在一起开武林大会,想要成立一个名为高级计算机环境(ACE)的联盟,与会公司包括Compaq、Microsoft、DEC、MIPS等。ACE的宗旨是使未来的Unix、Windows软件能运行在任一一款使用x86、MIPS CPU的机器上,这实际上就是想力挺MIPS。不过ACE联盟事实上并不成功,MIPS的主要客户之一DEC决定下一代工作站使用自己的Alpha处理器,于是SGI成为MIPS的最大用户。1993年,MIPS已经很难撑下去了,SGI为了保证自己的芯片供应,只好出手收购了MIPS。

SGI的工作站在90年代后半期开始亏损,不可避免地影响了对MIPS的投资,而PC市场的蓬勃发展使得Intel有大量的资金进行处理器研发。在这个背景下,SGI取消了MIPS CPU的研究,而公开承诺将采用Intel的安腾处理器。但是令SGI大跌眼镜的是,安腾处理器叫好不叫座,因为它使用新的指令集,和x86不兼容,销量远低于Intel的最悲观估计。SGI在选择处理器时,真是倒霉到家了。

1998年,SGI面临着日益增长的资金问题,于是分离了CPU设计部门,重新成立了MIPS technologies公司。2006年,SGI这个OpenGL最初的创立者宣布破产。

现在的MIPS公司商业模式和ARM类似,以出售指令集授权和处理器内核授权盈利,基于MIPS架构的处理器在通信领域有一定的市场,Broadcom、Cavinum等公司使用MIPS内核。

MIPS处理器本来也算是比较经典的处理器,不过却站错了队。MIPS长期以来一直侧重于高性能,面向服务器和工作站市场,但是它受到了x86处理器的猛烈狙击,等到MIPS回过头来做低功耗时,已经无法撼动ARM在嵌入式市场中先入为主的地位了。

虽然MIPS在商业上远不如Intel、ARM等公司成功,不过它的学术地位很高。一方面是因为它的设计确实经典,被很多处理器吸收其思想,第二个原因是美国大学计算机体系结构课程采用的教科书都是由RISC先驱Hennessy和Patterson合著的,他们在书中以MIPS为原型进行讲解。MIPS毕竟使用的人少,后来Hennessy和Patterson又与时俱进,在教科书中增加了x86处理器的描述。

3.3.4  Power——昔日的贵族

最早提出RISC思想的是IBM公司,1990年,IBM推出了高性能的POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC)处理器。POWER性能卓越,一直以来都被用在IBM自己的服务器上。1997年与国际象棋大师卡斯帕罗夫交战的深蓝计算机,使用POWER2处理器,2011年参加知识竞赛电视节目“Jeopardy!”挑战人类的Watson计算机,使用的是POWER7处理器。

由于POWER的高性能,IBM想到可以将POWER用于PC领域,因此IBM向Apple抛了橄榄枝,Apple当然求之不得。Apple一直都使用Motorola的处理器,因此Apple又把Motorola拉下了水。这3家公司一拍即合,富有传奇色彩的三大巨头,同时又是在PC时代只能赚吆喝的3个难兄难弟终于结拜在了一起,于1991年成立了AIM联盟(AIM为Apple、IBM、Motorola的3个首字母)。AIM对POWER处理器进行了修改,于是就形成了PowerPC,PC是Performance Computing的缩写。

想当初,苹果和IBM是两个死对头,在个人计算机市场打得你死我活,而如今为了共同的利益,对付Wintel联盟,它们又走到了一起,可见,在商场上,没有永远的对手,只有永远的利益。

PowerPC处理器上市时,性能要强于同期的x86处理器,微软、IBM、Sun等公司为PowerPC开发了操作系统,但是众多的小公司却不可能再为PowerPC重新开发应用软件,由于缺乏应用软件,PowerPC难以在PC市场维持生计。Motorola的半导体部门长期亏损,2004年,Motorola将其半导体部门分拆出来,成立了Freescale。2005年,Apple宣布以后采用x86处理器,AIM联盟终于解散。

AIM联盟虽然散了,但是IBM-Freescale联盟却还存在。IBM的POWER和PowerPC侧重于服务器、游戏机领域,如任天堂、索尼、微软的游戏机,Freescale的PowerPC侧重于嵌入式市场,如通信、汽车电子等。

指令集的战争已经打响,ARM阵营拥有大量的半导体公司及软件公司,MIPS也有不少,而Power阵营则主要是IBM和Freescale孤军作战。2004年,IBM发起了Power.org联盟,Power.org发布了统一的指令集体系结构,将POWER和PowerPC体系结构统一到新的Power体系结构中。Power.org联盟由IBM和Freescale组成的Power Architecture顾问委员会负责管理架构路线图,协调Power架构技术,使得从低成本到高性能的应用均能使用无缝兼容的指令集。除了开放了指令集外,IBM也开始向外提供内核授权,让更多的公司加入到Power.org联盟中。


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