MIPS、ARM、X86三大架构

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MIPS、ARM、X86三大架构


　 　RISC平台的发展已经有长达几十年的历史了。其最早诞生于80年代的MIPS主机，随着技术的不断发展，RISC平台的应用领域逐步扩展，小到手机， 大到工控设备都可以见到他的身影。随着RISC平台的发展还诞生了与之相适应的应用软件，最终组成了现在人们较为熟知的嵌入式系统。当前桌面级消费者最为 熟知的Atom凌动平台便是嵌入式代表之一。但是与今天我们所要谈到的两位主角相比，intel的凌动平台就是小巫见大巫了。这正是诞生了RISC平台的 MIPS和当前RISC领域中最为强大的ARM。

MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思"无内部互锁流水级的微处理器"(Microprocessor without interlocked piped stages)，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司，它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比，RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点，并可以应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。

MIPS处理器是八十年代中期RISC CPU设计的一大热点。MIPS是卖的最好的RISC CPU，可以从任何地方，如Sony，Nintendo的游戏机，Cisco的路由器和SGI超级计算机，看见MIPS产品在销售。目前随着RISC体系结构遭到x86芯片的竞争，MIPS有可能是起初RISC CPU设计中唯一的一个在本世纪盈利的。和英特尔相比，MIPS的授权费用比较低，也就为除英特尔外的大多数芯片厂商所采用。MIPS的系统结构及设计理念比较先进，其指令系统经过通用处理器指令体系MIPS I、MIPS II、MIPS III、MIPS IV到MIPS V，嵌入式指令体系MIPS16、MIPS32到MIPS64的发展已经十分成熟。在设计理念上MIPS强调软硬件协同提高性能，同时简化硬件设计。

中国龙芯2和前代产品采用的都是64位MIPS指令架构，它与大家平常所知道的X86指令架构互不兼容，MIPS指令架构由MIPS公司所创，属于RISC体系。过去，MIPS架构的产品多见于工作站领域，索尼PS2游戏机所用的"Emotion Engine"也采用MIPS指令，这些MIPS处理器的性能都非常强劲，而龙芯2也属于这个阵营，在软件方面与上述产品完全兼容。普通用户关注MIPS主要还是因为我国所谓的"龙芯"。龙芯一开始抄袭MIPS，后来购买到了授权。倒也并非龙芯不想发展X86架构的桌面CPU市场或者ARM架构的移动设备市场，是因为这两家的授权太过于苛刻。X86的授权Intel已然不可能再授权。ARM是一家芯片设计公司，只能给出使用授权，不会同意让龙芯自行设计。只有MIPS才可行，MIPS的授权说白了就是随便抄随便改。很多龙芯的支持者提出了MIPS在理论上有诸多的领先，但不要忘了ARM是一家商业公司，市场占有率高，竞争意识也非常强。几乎所有的智能手机都是ARM架构，就是最有力的证明。

从某些方面来看，MIPS和ARM非常相似，都是采用精简指令集，都是针对低功耗应用设计，而且都是采用第三方授权方式生产；但实际上两者也有几大的不同，学院派的MIPS允许第三方对CPU架构进行大幅修改，而ARM只允许全球极少的几家半导体公司修改CPU架构（包括高通、苹果、NVIDIA和三星，全是半导体大拿），其他生产ARM芯片的公司都是直接采用ARM公版设计，而不能做任何修改（例如华为海思）。ARM的这项策略显然很适合商业推广，对第三方公司的技术要求也有所降低，开发的周期也会大大缩短，只需要照着ARM公版的CPU和GPU架构找芯片代工厂下单、流片、生产即可。


intel虽然有名但其凌动处理器也只是RISC领域中的小字辈

　 　当今处理器一共有三个最强大的架构，其中之一是以intel和AMD为代表的x86架构，另外一个是手机，平板处理器所使用的ARM架构，最后一个便是我国龙芯处理器所选择的MIPS架构。这三大处理器架构中，x86和ARM是商业化进程最为优秀的两大架构。也正是因为这两大架构的商业化进程太为出色，所以我国的龙芯处理器才被很多人批判为最严重的选择性失误。龙芯处理器的架构选择并没有错误，相反的如果龙芯要想得到更好的发展，选择MIPS才是最为正确的道路。x86架构的拥有者intel可以算作是技术合作上最抠门儿的一位，在推出x86架构之后，intel就只将这一架构授权给过AMD和VIA等几个芯片公司。而在VIA退出x86架构处理器竞争之后，intel便不再给任何公司x86架构授权。所以从x86架构上入手，龙芯处理器显然是行不通的。 intel的x86架构行不通，那么ARM架构是否就能行得通呢？答案当然也是否定的。



x86被intel独占几十年，奉行的是肥水不流外人田的政策


　 　ARM公司是一家非常优秀的芯片设计公司，但自身并不生产处理器，而是将自身的设计licensing卖给需要处理器的公司,而后交给他们生产或者是找人代工。也许有人要问了，既然ARM向外卖出架构设计，那么为何龙芯不去选择ARM架构呢？其实不然，ARM之所以能够发展成为一家非常成功的商业性公司，靠的就是芯片的架构设计，倘若架构设计被别人夺走了，那么自己就丢掉了赖以生存的饭碗。所以ARM虽然对外进行licensing授权，却不允许购买者进行任何对ARM架构有更改的设计。倘若个更改了设计，那么这便违反了合作协定,ARM便有权撤回licensing授权。我国的龙芯要是选择了ARM架构的话，那么基本上也就被捆住了脚步，无法发展出属于自己的高性能处理器了。


苹果A4处理器是ARM体系中的另类产品



　 　考虑到市场发展的问题ARM也对外妥协过。目前高通，苹果和NVIDIA这三家公司便是ARM体系中较为特殊的几个。因为这三家公司在芯片设计领域的特殊地位，ARM为了能够拉拢他们站立在自己的阵营中，对这三家公司开出了特别通行证。在其他芯片公司只能使用 licensing去生产芯片的时候，高通，苹果和NVIDIA却能够自行设计基于ARM架构的处理器。也正是拉拢到了高通，苹果和NVIDIA，才使得ARM拥有了更多的支持者。但即便这样，我们也不得不佩服ARM的老狐狸作风，在给出架构授权后，ARM依然会通过升级下一代架构为由让高通，苹果和 NVIDIA再掏一回钱购买架构授权。这样ARM就可以再赚一把。相信看到这里您应该了解到龙芯不选择ARM的原因了。


MIPS架构国内的代表龙芯处理器

　 　MIPS和ARM虽然都是对外进行架构授权的公司，但意义完全不同。ARM对外出售的是设计方案授权 （licensing），与ARM的商业化相比，MIPS倒像是学院派的公司。MIPS的架构授权，并不限制任何对MIPS架构的更改。换句话说，就是 MIPS公司给授权者一张白纸，而白纸上仅仅写着一行字，MIPS公司同意你设计生产MIPS架构处理器，至于你设计成什么样，性能有多高，经过多少代更改，MIPS一概不管，只要你不把架构彻底改变就行了。与ARM相比，MIPS是一个完全开放的架构，对龙芯未来的发展没有任何的限制，这与intel给 AMD x86架构授权，而不是给设计图纸的道理是完全一样的。在加上MIPS本身经过几十年的发展，已经拥有了众多的应用软件，综合考虑来看，MIPS是最为适合龙芯处理器发展的架构选择。RISC平台是诞生于MIPS早先产品的，也正是RISC平台的诞生，才最终发展成为了我们现在的智能手机与平板机这样强大的产品。然而作为RISC系统的创始人，MIPS的商业化发展并非一帆风顺，也许是受公司前身是大学科学实验室的影响。公司高层对商业化发展嗤之以鼻， 这才令本身技术要落后于MIPS的ARM得到了发展时机。
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