關(guān)于MIPS與ARM之間的對比分析和差異性

日前，一則Imagination將要分拆出售的消息攪動了整個電子圈。大家除了對這個移動GPU巨頭因為“蘋果的棄用”而被迫選擇出售感到無奈以外，還對MIPS的再度出售感到惋惜。

作為知名的精簡指令集計算（RISC）的推行者，MIPS的成立甚至比競爭對手ARM還早六年，但眼看現(xiàn)在ARM在多個領(lǐng)域應(yīng)用中如魚得水，市值也一再攀高。與之對比，MIPS的落寞就讓人有點費解，同樣的，甚至面世還早，MIPS是究竟落得這樣的田地的呢？這得從RISC的誕生說起。

MIPS RISC設(shè)計誕生，改變了處理器產(chǎn)業(yè)

現(xiàn)代各種電器核心的微處理器起源于上個世紀(jì)Intel、德州儀器和Garrett AiResearch工業(yè)部三個公司的三個計劃，推出的三個微處理器先鋒則分別是Intel 4004、 TMS 1000和CADC。自此以后，就開啟了風(fēng)風(fēng)火火的微處理器革命。

回看發(fā)展歷程。在微處理器誕生早期，基本上都是不同廠商生產(chǎn)不同架構(gòu)的芯片（例如Intel的X86系列處理器），雖然后來在IBM的“強(qiáng)迫”之下Intel將X86架構(gòu)授權(quán)給其他幾家廠商生產(chǎn)處理器，但當(dāng)時的主流一直都是處理器廠商自主研發(fā)架構(gòu)和設(shè)計甚至生產(chǎn)處理器的。這種境況一直維持到1980年，RISC的誕生。

精簡指令集的名稱最早來自1980年大衛(wèi)·帕特森在加州大學(xué)柏克萊分校主持的Berkeley RISC計劃。但其實在他之前，已經(jīng)有人提出類似的設(shè)計理念。由約翰·科克主持，在1975年開始，1980年完成的IBM 801項目，可能是第一個使用精簡指令集理念來設(shè)計的系統(tǒng)。

跟Intel X86這種復(fù)雜指令集不一樣，設(shè)計了許多特性讓代碼編寫更加便捷，但這些復(fù)雜特性需要幾個指令周期才能實現(xiàn)，并且常常不被運行程序所采用。此外，處理器和主內(nèi)存之間運行速度的差別也變得越來越大。在這些因素促使下，出現(xiàn)了一系列新技術(shù)，使處理器的指令得以流水執(zhí)行，同時降低處理器訪問內(nèi)存的次數(shù)。精簡指令集對指令數(shù)目和尋址方式都做了精簡，使其實現(xiàn)更容易，指令并行執(zhí)進(jìn)程度更好，編譯器的效率更高。這種相對新的指令集的面世促進(jìn)了MIPS的誕生。

在RISC流行起來之后，斯坦福大學(xué)前校長，John LeRoy Hennessy就和他的研究團(tuán)隊基于RISC打造了一款全新的微處理器，這個項目就是MIPS的前身。1984年，John LeRoy Hennessy與他的團(tuán)隊一起創(chuàng)立了MIPS。他們公司的商業(yè)模式就是將做好的芯片設(shè)計方案授權(quán)給給她廠商，讓他們可以方便地制造出高性能的CPU。

他們在研發(fā)進(jìn)程上也不負(fù)眾望。在成立第二年，他們就推出了第一個處理器設(shè)計R2000，三年后則推出了R3000，他們甚至在1991年就推出了64bit的設(shè)計R4000。要知道其競爭對手ARM到了2012年才大范圍推廣64bit處理器設(shè)計?？梢娺@家企業(yè)在設(shè)計上的前瞻性。

成立早期，MIPS自己也生產(chǎn)處理器，他們自己流片的R3000是MIPS首款在市場上流行起來的產(chǎn)品，銷售超過了百萬顆。后續(xù)的R3000A則創(chuàng)造了過億銷售的奇跡。

除了自身設(shè)計外，Pacemips、IDT和東芝等半導(dǎo)體公司都在MIPS發(fā)展早期采用了其設(shè)計制造芯片，其生產(chǎn)的芯片也被Sony， Nintendo的游戲機(jī)，Cisco的路由器和SGI超級計算機(jī)等終端設(shè)備采用。尤其是家用路由器市場，現(xiàn)在看來，也幾乎是MIPS絕對壟斷，這是毫無疑問的。

錯失智能手機(jī)時代，無力回天

作為一個老學(xué)究創(chuàng)立的企業(yè)，MIPS的產(chǎn)品從面世開始就以高性能著稱。這主要得益于其是一系列基于管線方式工作的處理器。這就使得其大多數(shù)指令都能遵循這種方式工作，能達(dá)到理論上的最大值。而從MIPS的發(fā)展史上看，他們一開始就以Intel的X86位對標(biāo)產(chǎn)品，因此其產(chǎn)品的高性能也是無可厚非，但正是這種高舉高打，也是造成MIPS今日格局的一個原因，這在后面再說。但我們可以肯定的是，造成MIPS今天結(jié)局的主要原因，肯定不是技術(shù)。那么我們就要從商業(yè)上思考。

正如前面所說，這個由老學(xué)究打造的企業(yè)，雖然產(chǎn)品擁有很不錯的性能，但是由于對商業(yè)不夠敏感，導(dǎo)致了MIPS的商業(yè)化進(jìn)程遲遲落后。例如他們成立了三年之后，才推出第一個芯片，這就讓足以讓我們對其商業(yè)化的緩慢窺見一斑。但錯失了移動時代，才正式敲響了他們的“喪鐘”。

前面提到，MIPS一開始是對標(biāo)Intel，面向中高端市場做產(chǎn)品的，他們在高清盒子、路由器等市場上也是戰(zhàn)果累累。而其競爭對手ARM從誕生開始就瞄準(zhǔn)了嵌入式低功耗領(lǐng)域，在這個領(lǐng)域默默耕耘了十?dāng)?shù)年，終于在21世紀(jì)第一個十年迎來了自己的時代。而當(dāng)時只聚焦中高端的MIPS則在功耗上沒有太多優(yōu)勢，這就限制了他們的發(fā)展。在這里需要說一下，MIPS的高性能，又不能強(qiáng)大到去入侵性能需求更強(qiáng)，容量更大的市場，這就讓他們困在那個市場里進(jìn)退維艱。最主要的是，MIPS的反應(yīng)的緩慢再一次拖累了他們的轉(zhuǎn)型。

在ARM聯(lián)合高通、蘋果、聯(lián)發(fā)科等公司面向智能手機(jī)市場做移動處理器芯片的時候，MIPS依然沉醉在高清盒子、打印機(jī)等小眾產(chǎn)品市場，后來智能手機(jī)市場的大爆發(fā)，我就不再贅言。但可以看到，MIPS的遲緩導(dǎo)致他們失去了最關(guān)鍵的十年（2007到2017）。其實這只是其中一個原因，授權(quán)模式和費用也是MIPS失敗的另一個因素。

因為是一個英國企業(yè)，與根正苗紅的美國半導(dǎo)體企業(yè)相比，ARM在成立早期，也沉淪了數(shù)年，但由于他們一直聚焦在低功耗嵌入式領(lǐng)域，授權(quán)方式極具靈活性（更多是IP授權(quán)，很少是架構(gòu)授權(quán)），并在價格上具備優(yōu)勢，這就吸引了TI和LSI等公司的注意。相對便宜的價格，也吸引了更多的人來玩ARM芯片，完善了ARM的工具和生態(tài)，尤其是吸引了學(xué)生的眼光，這就為ARM未來的爆發(fā)夯實了基礎(chǔ)。

與之相反的是，MIPS主要是架構(gòu)授權(quán)，這就失去了前者所具備的推出速度，軟件高兼容的特點。硬件的落后，導(dǎo)致軟件平臺的落后，造成的惡性循環(huán)，加速了MIPS的衰落。種種原因?qū)е翸IPS在2012年被Imagination和ARM瓜分。到了今年又被MIPS拆分賣給Tallwood Venure Capita。曾經(jīng)風(fēng)光一時的企業(yè)無奈面對多次轉(zhuǎn)手的收場。

給我們帶來的一些思考

對于MIPS今天的局面，一千人有一千個觀點。但我們可以肯定的是，這并不是技術(shù)的原因。在前面我們一直強(qiáng)調(diào)，在創(chuàng)業(yè)早期階段，MIPS的性能一直優(yōu)越于ARM，但最后ARM卻成功了，這就從側(cè)面說明了性能高并不代表你能成功，能夠適合市場需要才是最重要的。這是MIPS帶給我們的第一個教訓(xùn)。

其次，在擁有眾多相同競爭對手的時候，能夠決定你輸贏的只有是商業(yè)模式、運氣加上你的那種根據(jù)終端市場改變而改變的相應(yīng)能力。回到2007年，如果MIPS能夠快速跟進(jìn)解決功耗、完善生態(tài)，推進(jìn)和Fabless的合作，現(xiàn)在移動處理器的格局也許存在新的變數(shù)。相反你看ARM，Cortex-M系列授權(quán)收費方式的轉(zhuǎn)變，是他們面對潛在挑戰(zhàn)的一種應(yīng)對。這種反應(yīng)速度是MIPS所不具備的。

第三，讓更多的初學(xué)者參與到你的產(chǎn)品中來，這個非常重要。作者在與行業(yè)一位資深專家聊天的時候，咨詢到MIPS失敗的可能原因。他認(rèn)為，MIPS作為一個經(jīng)典的架構(gòu)，設(shè)計有板有眼，是很多計算機(jī)類書籍介紹架構(gòu)時候經(jīng)常用的一個例子。但是在工程屆，MIPS并不是很受歡迎，相關(guān)的應(yīng)用書籍、學(xué)習(xí)資源也相對較少。相反，ARM這方面就做得更加好。更多的參與者近來了，就會有更多的分享，就會吸引更多的人學(xué)習(xí)，繼續(xù)分享更多的內(nèi)容，這樣的良性循環(huán)，對任何一款芯片或者開源系統(tǒng)，都是成功的先決條件。

第四，ARM能夠獲得成功的一個主要原因是擁有了CPU和GPU，這兩者的結(jié)合讓他們在移動時代所向披靡。反之我們看只擁有CPU的MIPS和原來只有GPU的Imagination的下場。揭露了現(xiàn)在市場的集成化優(yōu)勢。晶圓代工產(chǎn)業(yè)的流行，IP供應(yīng)商的崛起，讓廠商整合解決大部分問題，提供更簡便的解決方案，這在未來的物聯(lián)網(wǎng)時代顯得非常重要。而現(xiàn)在的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的整合，也基本是這樣一個趨勢。對于全球，尤其是中國的集成電路創(chuàng)業(yè)者來說，這是一個很好的經(jīng)驗。