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ARM非一人战斗 MIPS经理谈RISC发展未来


CBSi中国·ZOL 作者:中关村在线 郑成龙 责任编辑:刘搏 【原创】 2011年02月26日 06:37 评论
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费浙平:RISC领域ARM不是唯一

    近两三年,随着手机,平板等智能移动平台的兴起,一个鲜为大众所知的平台逐渐的呈现在了世人的面前。这就是诸如像iPhone 4手机和XOOM平板设备所使用的RISC(精简指令集系统)平台。随着RISC技术的不断进步,这些精简指令系统的设计者也从幕后走到了台前,成为了电子爱好者们了解的对象。不久前,笔者有幸与RISC领域中的专业人士进行了一次深度的交流,从他那里了解到了不少鲜为人知的关于RISC领域的故事。今天笔者通过对这次交流的整理,为大家讲述一名RISC系统技术市场经理眼中的嵌入式系统发展未来。



ARM非一人战斗 mips经理谈RISC发展未来
ARM架构性能最强大的NVIDIA Tegra也是RISC体系中的一员

    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。

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MIPS中国公司市场营销主管费浙平先生

    本次与笔者进行深入交流的嘉宾,是来自MIPS中国公司的市场营销主管费浙平先生。费浙平先生曾经在ARM工作过8年,后于2010年加入了MIPS并任现在的职位。对于RICS领域的发展,费浙平先生拥有绝对的发言权。

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intel虽然有名但其凌动处理器也只是RISC领域中的小字辈

    费先生告诉我们,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。(笔者也曾经发表过一篇关于龙芯选择架构失败的评论,相关文章可参见:选择MIPS失败?龙芯抛离ARM架构之我见)

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MIPS架构是龙芯发展的唯一选择

    在费先生看来,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。这又是为何呢?这还要从这三大架构的拥有者谈起。

    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。


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x86被intel独占几十年,奉行的是肥水不流外人田的政策

    费先生告诉我们,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。

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苹果A4处理器是ARM体系中的另类产品

    自身虽然强大,但因考虑到市场发展的问题ARM也对外妥协过。费先生告诉我们,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。

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MIPS架构国内的代表龙芯处理器

    那么是什么本领让MIPS最终成为了我国龙芯处理器的设计架构呢?答案非常简单,那就是架构授权。也许有人又问了,ARM不也是给授权吗?那为什么还选MIPS呢?面对这样的问题,费先生告诉我们,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。

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学院派风格让MIPS的商业化很受伤

    想必从龙芯为何选择MIPS架构上您应该对行事低调MIPS公司有所了解了吧。可见这MIPS的学院派作风真的给龙芯的发展带来了好处。费先生告诉我们,正是学院派的作风令MIPS失去了早期发展市场的大好时机。

    在文章开始的时候我们提到过,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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早期MIPS架构处理器R2000

    为什么说MIPS架构要比ARM优秀呢?那要通过对比来看了。首先声明,笔者并不是该领域中的专家,对此了解有限,虽然与费浙平先生有了较为深入的交流,但在短时间内还是无法深入了解到MIPS架构概念的。在咨询了业内人士并参考了部分技术文档后,最终编写成文呈献给大家。

    MIPS是高效精简指令集计算机(RISC)体系结构中最优雅的一种,最早诞生于斯坦福大学的一项科研项目(这也是MIPS公司学院派思想的由来),该项目的目的是设计一种高性能简化指令处理器。最终的产物便是MIPS处理器,也便是第一代RISC系统芯片。

与当前商业化最成功的ARM架构相比,MIPS的优势主要有以下几点:

1,MIPS支持64bit指令和操作,ARM目前只到32bit
2,MIPS有专门的除法器,可以执行除法指令
3,MIPS的内核寄存器比ARM多一倍,所以同样的性能下MIPS的功耗会比ARM更低,同样功耗下性能比ARM更高
4,MIPS指令比ARM稍微多一点,稍微灵活一点
5,有观点认为MIPS的bank寄存器性能也要好于ARM,不过没见过能反映出来的测试

以上为MIPS对比ARM架构的优势,接下来我们再看一看MIPS架构的不足之处,

与ARM架构相比,MIPS架构也存在着以下几点不足

1,MIPS的内存地址起始有问题,这导致了MIPS在内存和cache的支持方面都有限制,现在的MIPS处理器单内核面对高容量内存时有问题
2,MIPS今后的发展方向是并行线程,类似INTEL的超线程,而ARM未来的发展方向是物理多核,目前看来物理多核占优。由此来看,我国的龙芯向多核发展还是颇具远见的。
3,MIPS虽然结构更加简单,但是到现在还是顺序单发射,ARM已经进化到了乱序双发射,甚至NV的丹佛已经是乱序三发射了。

    MIPS虽然存在着一些问题,但MIPS拥有一个绝对最大的优势,那就是最开放化的架构授权。他允许授权商自行更改设计,只要你的眼光够前卫,不管多少核的处理器都可以自行设计。倘若是换做ARM的话,那么你就只能等待他为你提出解决方案了。

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ARM的合作平台为该架构提供了数十万的应用程序,这是MIPS的软肋

    也许有人又要问了,既然MIPS拥有诸多的优势,为何却一直没有得到像ARM那样的商业化发展呢?其实答案费浙平先生之前已经给过了,MIPS是一家诞生于大学里的系统公司,学院派的风格捆绑了自身对商业发展的脚步,公司自身也没有想发展强大的打算。当ARM与高通,苹果和NVIDIA这样的芯片设计公司合作大举进攻移动终端的时候,MIPS还停留在高清盒子,打印机,数字电视等小市场化产品中,一直到近期ARM的快速崛起几乎占领了全部RISC市场的时候才令公司意识到了自身的问题。

    除了自身的问题外,MIPS因为一直没有得到长足发展,在自身系统的软件平台上也逐步落后给了ARM。虽然也有像LINUX这样的操作系统,但应用软件与ARM体系相比要少很多。这也是影响MIPS未来发展的主要问题之一。

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Android给MIPS带来了发展的动力

    费浙平先生告诉我们,面对ARM如潮水般的进军RISC系统市场,老牌的MIPS也有些坐不住了,终于意识到了只有商业化道路才是公司发展的未来出路。前不久也进行了公司高管的大调整,将商业化写进了发展蓝图中。他便是在这种大背景下从ARM来到MIPS的。


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MIPS已经开始了向中国进军的步伐

    在今年的美国CES大展上,MIPS宣布全球已经有数十家技术领先的芯片公司推出了基于MIPS架构的芯片产品。这些科技公司其中就包括了思科,摩托罗拉,LG和三菱。值得注意的是在CES展会上,一款以MIPS架构处理器为核心,Android操作系统的高清数字机顶盒较为吸引人的注意力。这几乎预示着,MIPS已经具备了向高端移动终端进军的能力。

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国产的诸多高清盒子都是采用MIPS的芯片

    费先生还向我们透露到,中国作为全球最大的芯片需求市场也得到了MIPS的重视。除了龙芯这样的大型科研项目外,一家名为君正的民营芯片公司也成为了MIPS的客户,这也是MIPS在中国市场的第二个客户。与龙芯不同,君正是一家彻彻底底面向商业化的企业型公司,其生产的MIPS芯片主要面向MP3MP4智能手机。除了这两家正规企业外。还有众多的山寨厂商也在使用MIPS的芯片,由此可见,中国芯片市场还是非常庞大的。

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基于linux开发的Android系统可以运行在MIPS芯片上,这也将开启MIPS的商业大门

    在费浙平先生看来,对于未来RISC技术的发展,仅凭ARM一家之力还是远远不够的。更何况市场被垄断之后对技术的发展也会产生阻碍作用。作为RISC的创始单位和该领域中性能最为强大的系统架构,MIPS自然而然的就成为了ARM在该领域中最大的竞争对手。由于二者都可以运行基于linux开发的Android系统。因此智能手机平板电脑和智能电视等设备便成为了MIPS向ARM发起挑战的新战场,两者的直接交锋将会推动系统技术的飞速发展。

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嵌入式的未来将会是三足鼎立

    作为芯片界的大佬,intel的实力也不可小视,毕竟intel掌握了世界上最先进的生产工艺。倘若intel能够彻底解决掉x86芯片的功耗问题,那么利用起自身强大的生产能力,intel也将会成为嵌入式领域中的强者。不过从现在强推基于凌动平台的Meego系统来看,intel的做法有些霸王硬上弓的意思。恐怕它距离成功的日子还有一定的时间。


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intel未来将会是嵌入式领域中的强者之一

    从长远的角度上看,嵌入式领域将会出现三足鼎立的局面,ARM将继续凭借现有的资源独霸市场一段时间。MIPS在开始商业化脚步之后将会逐步异军突起,凭借自身技术上的优势发展壮大直至追赶上ARM。而intel也将凭借着x86架构也或许是新的低功耗架构,再利用自身的生产工艺优势最终在嵌入式领域站稳脚跟。到那时智能手机等移动平台性能才是真正意义上的飞速发展。

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