MIPS ARM X86三大架構

2021-08-01 02:38:13 字數 3501 閱讀 1304

mips、arm、x86三大架構

risc平台的發展已經有長達幾十年的歷史了。其最早誕生於80年代的mips主機,隨著技術的不斷發展,risc平台的應用領域逐步擴充套件,小到手機, 大到工控裝置都可以見到他的身影。隨著risc平台的發展還誕生了與之相適應的應用軟體,最終組成了現在人們較為熟知的嵌入式系統。當前桌面級消費者最為 熟知的atom凌動平台便是嵌入式代表之一。但是與今天我們所要談到的兩位主角相比,intel的凌動平台就是小巫見大巫了。這正是誕生了risc平台的 mips和當前risc領域中最為強大的arm。

mips是世界上很流行的一種risc處理器。mips的意思"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體辦法避免流水線中的資料相關問題。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製出來的。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採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晶元設計公司,它採用精簡指令系統計算結構(risc)來設計晶元。和英特爾採用的複雜指令系統計算結構(cisc)相比,risc具有設計更簡單、設計週期更短等優點,並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架構晶元之一,新的架構整合了所有原來mips指令集,並增加了許多更強大的功能。

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的遊戲機,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晶元的競爭,mips有可能是起初risc cpu設計中唯一的乙個在本世紀盈利的。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晶元廠商所採用。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強調軟硬體協同提高效能,同時簡化硬體設計。

中國龍芯2和前代產品採用的都是64位mips指令架構,它與大家平常所知道的x86指令架構互不相容,mips指令架構由mips公司所創,屬於risc體系。過去,mips架構的產品多見於工作站領域,索尼ps2遊戲機所用的"emotion engine"也採用mips指令,這些mips處理器的效能都非常強勁,而龍芯2也屬於這個陣營,在軟體方面與上述產品完全相容。普通使用者關注mips主要還是因為我國所謂的"龍芯"。龍芯一開始抄襲mips,後來購買到了授權。倒也並非龍芯不想發展x86架構的桌面cpu市場或者arm架構的移動裝置市場,是因為這兩家的授權太過於苛刻。x86的授權intel已然不可能再授權。arm是一家晶元設計公司,只能給出使用授權,不會同意讓龍芯自行設計。只有mips才可行,mips的授權說白了就是隨便抄隨便改。很多龍芯的支持者提出了mips在理論上有諸多的領先,但不要忘了arm是一家商業公司,市場占有率高,競爭意識也非常強。幾乎所有的智慧型手機都是arm架構,就是最有力的證明。

從某些方面來看,mips和arm非常相似,都是採用精簡指令集,都是針對低功耗應用設計,而且都是採用第三方授權方式生產;但實際上兩者也有幾大的不同,學院派的mips允許第三方對cpu架構進行大幅修改,而arm只允許全球極少的幾家半導體公司修改cpu架構(包括高通、蘋果、nvidia和三星,全是半導體大拿),其他生產arm晶元的公司都是直接採用arm公版設計,而不能做任何修改(例如華為海思)。arm的這項策略顯然很適合商業推廣,對第三方公司的技術要求也有所降低,開發的週期也會大大縮短,只需要照著arm公版的cpu和gpu架構找晶元代工廠下單、流片、生產即可。

intel雖然有名但其凌動處理器也只是risc領域中的小字輩

當今處理器一共有三個最強大的架構,其中之一是以intel和amd為代表的x86架構,另外乙個是手機,平板處理器所使用的arm架構,最後乙個便是我國龍芯處理器所選擇的mips架構。這三大處理器架構中,x86和arm是商業化程序最為優秀的兩大架構。也正是因為這兩大架構的商業化程序太為出色,所以我國的龍芯處理器才被很多人批判為最嚴重的選擇性失誤。龍芯處理器的架構選擇並沒有錯誤,相反的如果龍芯要想得到更好的發展,選擇mips才是最為正確的道路。x86架構的擁有者intel可以算作是技術合作上最摳門兒的一位,在推出x86架構之後,intel就只將這一架構授權給過amd和via等幾個晶元公司。而在via退出x86架構處理器競爭之後,intel便不再給任何公司x86架構授權。所以從x86架構上入手,龍芯處理器顯然是行不通的。 intel的x86架構行不通,那麼arm架構是否就能行得通呢?答案當然也是否定的。

x86被intel獨佔幾十年,奉行的是肥水不流外人田的政策

arm公司是一家非常優秀的晶元設計公司,但自身並不生產處理器,而是將自身的設計licensing賣給需要處理器的公司,而後交給他們生產或者是找人代工。也許有人要問了,既然arm向外賣出架構設計,那麼為何龍芯不去選擇arm架構呢?其實不然,arm之所以能夠發展成為一家非常成功的商業性公司,靠的就是晶元的架構設計,倘若架構設計被別人奪走了,那麼自己就丟掉了賴以生存的飯碗。所以arm雖然對外進行licensing授權,卻不允許購買者進行任何對arm架構有更改的設計。倘若個更改了設計,那麼這便違反了合作協定,arm便有權撤回licensing授權。我國的龍芯要是選擇了arm架構的話,那麼基本上也就被捆住了腳步,無法發展出屬於自己的高效能處理器了。

蘋果a4處理器是arm體系中的另類產品

考慮到市場發展的問題arm也對外妥協過。目前高通,蘋果和nvidia這三家公司便是arm體系中較為特殊的幾個。因為這三家公司在晶元設計領域的特殊地位,arm為了能夠拉攏他們站立在自己的陣營中,對這三家公司開出了特別通行證。在其他晶元公司只能使用 licensing去生產晶元的時候,高通,蘋果和nvidia卻能夠自行設計基於arm架構的處理器。也正是拉攏到了高通,蘋果和nvidia,才使得arm擁有了更多的支持者。但即便這樣,我們也不得不佩服arm的老狐狸作風,在給出架構授權後,arm依然會通過公升級下一代架構為由讓高通,蘋果和 nvidia再掏一回錢購買架構授權。這樣arm就可以再賺一把。相信看到這裡您應該了解到龍芯不選擇arm的原因了。

mips架構國內的代表龍芯處理器

mips和arm雖然都是對外進行架構授權的公司,但意義完全不同。arm對外**的是設計方案授權 (licensing),與arm的商業化相比,mips倒像是學院派的公司。mips的架構授權,並不限制任何對mips架構的更改。換句話說,就是 mips公司給授權者一張白紙,而白紙上僅僅寫著一行字,mips公司同意你設計生產mips架構處理器,至於你設計成什麼樣,效能有多高,經過多少代更改,mips一概不管,只要你不把架構徹底改變就行了。與arm相比,mips是乙個完全開放的架構,對龍芯未來的發展沒有任何的限制,這與intel給 amd x86架構授權,而不是給設計圖紙的道理是完全一樣的。在加上mips本身經過幾十年的發展,已經擁有了眾多的應用軟體,綜合考慮來看,mips是最為適合龍芯處理器發展的架構選擇。risc平台是誕生於mips早先產品的,也正是risc平台的誕生,才最終發展成為了我們現在的智慧型手機與平板機這樣強大的產品。然而作為risc系統的創始人,mips的商業化發展並非一帆風順,也許是受公司前身是大學科學實驗室的影響。公司高層對商業化發展嗤之以鼻, 這才令本身技術要落後於mips的arm得到了發展時機。

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