美政府干扰中资收购 致MIPS架构发展路断

　　如果不是美国政府对MIPS的囚禁，MIPS架构本来应该有机会在中国获得新生。

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　　通用计算机发展以来，基于不同的设计思想，诞生过许多各有特色的CPU架构。“架构”在大多数时候与“指令集”是同义词，它专指CPU指令系统的行为规范，也约定了软件调用CPU物理电路功能时使用的控制信号。而CPU核心的电路设计称为“微架构”或“微结构”，只是这些词语被许多企业和媒体有意无意地混淆了。

　　在指令集架构中，其中之一MIPS的发展衰落，尤其令人惋惜。多次易主，被美国政府干扰收购，几乎断送了发展之路，造成这个指令集最终从兴转衰。

　　对于MIPS的历史，可以用十六个字来简述：“始于微末，成于天时，衰于割裂，亡于自囚”。

　　上世纪七八十年代，一些学者认为往CPU中不断添加各种指令是在错误的方向上越陷越深，每一条新指令都需要大量的晶体管去实现功能，许多指令的功能有重合的部分，也使编译器和程序员在选择指令时无所适从。他们提出了一种新的思路，最主要的特征是：

• 把各种指令功能尽可能的拆解为最小单元，把相同的单元合并为一条指令，所有的复杂功能都可以使用这些简单指令组合实现；
• 固定指令长度，统一指令编码格式，只有加载、存储指令可以读写内存；
• 进一步分解指令执行的每一个步骤，便于实现指令流水线设计，尽量使每一条指令都只消耗一个时钟周期，而传统指令系统无法实现流水线。

　　基于这些思路设计的指令系统都被称为“精简指令集（RISC）”，传统的指令系统就自然地得到了“复杂指令集（CISC）”名称。RISC的每一项重要特点都与传统的指令系统背道而驰，以至于没有哪家公司愿意进行实践，而一些学术项目也没能成功展现RISC的优点。直到斯坦福大学的几名老师带着研究生们成立了MIPS项目组，完成了基于RISC设计思想的MIPS指令集设计，并完成了用于验证的CPU设计和流片，然后在1983年的ISSCC大会上引起了业界哗然。这款CPU的主频只有同期主流商业CPU的一半，晶体管数量也只有几分之一，但却把来自工业界的对手完全击败，展现了RISC设计思想的非凡优势。

　　在当时集成电路中晶体管的单位成本还很高，MIPS架构指令少，就意味着设计成本和生产成本都能减少，但又能实现比传统架构更高的性能，因此迅速获得了学术界和工业界的广泛关注，也成为了被写进教科书的经典设计。1984年MIPS公司成立，但只是一家很小的创业公司，它无力自己生产芯片，只能通过把设计授权给其它半导体企业来获利。那时候把CPU核心设计成独立IP（作为功能模块存在的芯片核心设计）的技术还不成熟，出售的要么是难以修改的完整CPU设计，要么是非常宽松的架构授权。MIPS允许其它公司基于MIPS架构自行设计CPU，并允许以ASE（应用特定指令集扩展）和UDI（用户定义接口）这两种方式扩展指令集。由于MIPS表现出的性能和成本优势，DEC和SGI等公司均大量地使用基于MIPS架构的CPU产品，MIPS在市场竞争中呈现良好的上升势头。

　　随着MIPS授权企业的增加，在发展的过程中，几乎每个获得架构授权的公司都会在CPU中加入自己的独特设计以提高在某些应用中的性能，配套的板卡更是五花八门，操作系统和应用软件的兼容性受到了挑战。而Intel与微软的联盟则依靠良好的向前兼容性特性迅速积累了大量的应用软件，整体上看MIPS的CPU市场占有率仍在上升，但MIPS的业务软件却进入了衰退期。

　　在1991年大约20个公司成立了ACE联盟，希望定义统一的规范和标准，使操作系统和应用软件能够运行在它们的任何一款计算机上。可是MIPS公司自身的实力不足以主导规范定义，每家企业都希望采用自己的标准，在大家的争吵中规范定义的工作进展缓慢。没有主导者的联盟，除了吵架似乎没有什么其它事可以干，直到MIPS彻底倒闭，这个联盟也没有完成规范的制定。目前受到关注的RISC-V与MIPS有许多相似之处，拥有授权的各家企业都在UDI中扩展自己的指令，但谁都不愿意让步致使大家都不能并入主线，RISC-V的设计者曾经也设计了MIPS，大概是对MIPS执念太深，仍然保留了这个深坑。

　　那时老牌的半导体企业们基于RISC思想设计的CPU和架构，也纷纷投入了使用，ARM也开始崭露头角，给MIPS公司带来了巨大的压力。在DEC决定抛弃MIPS架构，未来转用自己的Alpha处理器之后，MIPS公司的处境更是雪上加霜。之后SGI成为了MIPS的最大客户，为了拯救MIPS而在1992年完成了对MIPS公司的收购，成为它的CPU设计小组，这是MIPS公司第一次易手，之后MIPS就进入了颠沛流离的模式。

　　九十年代中期，Intel在P6的设计中采用了RISC的思路，CPU后端使用类RISC流水线的设计，在CISC指令集解码的阶段转换为RISC类的指令，并引入了乱序多发射技术，多管齐下使CPU性能与MIPS当时的旗舰R10000相比不再有明显的劣势。随着先进的微结构和物理设计、工艺实现带来的改进，指令集的劣势被逐渐掩盖，加上Intel在软件生态方面的优势，市场占有率逐年上涨。SGI在与Intel的竞争中业务下降，因营收减少而削减了MIPS新CPU的研发资金。1998年SGI面临现金流问题，于是决定裁掉CPU设计小组，将它恢复为独立的MIPS Technologies公司。壮士断腕的同时，SGI又做了一个更加错误的决定，就是宣布今后使用Intel的IA-64体系结构。

　　SGI使用MIPS处理器的服务器产品

　　从MIPS被SGI抛弃以后，除了中企龙芯的CPU之外，再也没有其它的高性能MIPS桌面/服务器CPU问世。不过用于高性能网络设备的MIPS处理器并没有迅速没落，仍然在正常发展，有的单核性能甚至高于龙芯初期和中期的桌面CPU，龙芯在长时间的技术沉淀后才实现了反超。其中cavium的OCTEON系列，最高允许在芯片中集成48个核心，但是单核性能没有突破，也没有完善的桌面/服务器生态，仍然只能应用在网络设备当中。

　　2013年MIPS又被Imagination并购成为其子公司，当时仅花了9000万美元。同年，MIPS公司发布了MIPS R5版，次年又发布了与以往版本不兼容的MIPS R6版。

　　可以说，决定MIPS命运的转折事件，在2017年出现了。当时一家中国公司Canyon Bridge收购了Imagination，但是美国政府跳出来坚决反对MIPS被出售，因此MIPS被剥离后单独出售给了Tallwood，以6500万美元成交。这一次中资企业对MIPS收购失败，也令龙芯更加警惕。因为MIPS当时最有价值的是MIPS系列架构的所有权，至于MIPS手中的那些IP（芯片核心设计），性能已经落后于龙芯的自主设计，但只要这个线头可以牵制中国自主技术的发展，美国就会把它牢牢攥在手里。

　　2018年MIPS又被Wave Computing收购，成为其独立经营的子公司。

　　2019年3月底，为了扭转MIPS乏人问津的局面，MIPS开源了R6版，除了指令集，还有免费的IP和相关工具。可当时已经领导了MIPS桌面生态的龙芯却公开宣布不会跟进MIPS R6，给了MIPS最后一击，然后MIPS R6的开源计划仅持续了半年多点就草草取消。

　　2020年Wave Computing破产，然后重组后更名为MIPS，但以后将使用RISC-V架构，MIPS架构被它的所有权人彻底抛弃。

　　其实，从SGI削减MIPS的研发投入开始，到后来被数次转卖，MIPS都一直缺少足够的研发投入，没有设计新的优秀CPU，也就没有机会诞生有价值的新专利，随着旧专利的过期，还剩下的也就一个MIPS系列架构的所有权，以及不多的仍在使用MIPS架构的客户而已。如果不是美国政府对MIPS的囚禁，MIPS架构本来应该有机会在中国获得新生。