正文

指令集體系結構(4)

大話處理器 作者:萬木楊


 

3.3.3  MIPS——優(yōu)雅的孔雀

如果要說最經典的RISC處理器,那么非MIPS莫屬,就連它的競爭對手,也不得不承認它的優(yōu)雅,它被作為處理器教科書的典范,很多其他的處理器,都能看到它的身影。

MIPS全稱為Microprocessor without Interlocked Piped Stages,無內部互鎖流水級的微處理器。MIPS是由計算機界的大牛John L. Hennessy領導的小組在1981年開始設計的,當時他是assistant professor。1984年,Hennessy和其他人一起創(chuàng)立了MIPS Computer Systems,開始推出商用的MIPS處理器。Hennessy后來當上了斯坦福大學校長,并是IEEE和ACM院士,還是美國國家工程研究院院士及美國科學藝術研究院院士。他因為在RISC技術方面做出了突出貢獻而榮獲2001年的Eckert-Mauchly獎章,Eckert和Mauchly就是ENIAC的兩個發(fā)明人。Hennessy也是2001年Seymour Cray計算機工程獎得主,并且和RISC另一個先驅David A.Patterson分享了2000年馮·諾依曼獎。

在MIPS初期,MIPS處理器的主要客戶是一些工作站公司。1991年,大約20個公司坐在一起開武林大會,想要成立一個名為高級計算機環(huán)境(ACE)的聯盟,與會公司包括Compaq、Microsoft、DEC、MIPS等。ACE的宗旨是使未來的Unix、Windows軟件能運行在任一一款使用x86、MIPS CPU的機器上,這實際上就是想力挺MIPS。不過ACE聯盟事實上并不成功,MIPS的主要客戶之一DEC決定下一代工作站使用自己的Alpha處理器,于是SGI成為MIPS的最大用戶。1993年,MIPS已經很難撐下去了,SGI為了保證自己的芯片供應,只好出手收購了MIPS。

SGI的工作站在90年代后半期開始虧損,不可避免地影響了對MIPS的投資,而PC市場的蓬勃發(fā)展使得Intel有大量的資金進行處理器研發(fā)。在這個背景下,SGI取消了MIPS CPU的研究,而公開承諾將采用Intel的安騰處理器。但是令SGI大跌眼鏡的是,安騰處理器叫好不叫座,因為它使用新的指令集,和x86不兼容,銷量遠低于Intel的最悲觀估計。SGI在選擇處理器時,真是倒霉到家了。

1998年,SGI面臨著日益增長的資金問題,于是分離了CPU設計部門,重新成立了MIPS technologies公司。2006年,SGI這個OpenGL最初的創(chuàng)立者宣布破產。

現在的MIPS公司商業(yè)模式和ARM類似,以出售指令集授權和處理器內核授權盈利,基于MIPS架構的處理器在通信領域有一定的市場,Broadcom、Cavinum等公司使用MIPS內核。

MIPS處理器本來也算是比較經典的處理器,不過卻站錯了隊。MIPS長期以來一直側重于高性能,面向服務器和工作站市場,但是它受到了x86處理器的猛烈狙擊,等到MIPS回過頭來做低功耗時,已經無法撼動ARM在嵌入式市場中先入為主的地位了。

雖然MIPS在商業(yè)上遠不如Intel、ARM等公司成功,不過它的學術地位很高。一方面是因為它的設計確實經典,被很多處理器吸收其思想,第二個原因是美國大學計算機體系結構課程采用的教科書都是由RISC先驅Hennessy和Patterson合著的,他們在書中以MIPS為原型進行講解。MIPS畢竟使用的人少,后來Hennessy和Patterson又與時俱進,在教科書中增加了x86處理器的描述。

3.3.4  Power——昔日的貴族

最早提出RISC思想的是IBM公司,1990年,IBM推出了高性能的POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC)處理器。POWER性能卓越,一直以來都被用在IBM自己的服務器上。1997年與國際象棋大師卡斯帕羅夫交戰(zhàn)的深藍計算機,使用POWER2處理器,2011年參加知識競賽電視節(jié)目“Jeopardy!”挑戰(zhàn)人類的Watson計算機,使用的是POWER7處理器。

由于POWER的高性能,IBM想到可以將POWER用于PC領域,因此IBM向Apple拋了橄欖枝,Apple當然求之不得。Apple一直都使用Motorola的處理器,因此Apple又把Motorola拉下了水。這3家公司一拍即合,富有傳奇色彩的三大巨頭,同時又是在PC時代只能賺吆喝的3個難兄難弟終于結拜在了一起,于1991年成立了AIM聯盟(AIM為Apple、IBM、Motorola的3個首字母)。AIM對POWER處理器進行了修改,于是就形成了PowerPC,PC是Performance Computing的縮寫。

想當初,蘋果和IBM是兩個死對頭,在個人計算機市場打得你死我活,而如今為了共同的利益,對付Wintel聯盟,它們又走到了一起,可見,在商場上,沒有永遠的對手,只有永遠的利益。

PowerPC處理器上市時,性能要強于同期的x86處理器,微軟、IBM、Sun等公司為PowerPC開發(fā)了操作系統(tǒng),但是眾多的小公司卻不可能再為PowerPC重新開發(fā)應用軟件,由于缺乏應用軟件,PowerPC難以在PC市場維持生計。Motorola的半導體部門長期虧損,2004年,Motorola將其半導體部門分拆出來,成立了Freescale。2005年,Apple宣布以后采用x86處理器,AIM聯盟終于解散。

AIM聯盟雖然散了,但是IBM-Freescale聯盟卻還存在。IBM的POWER和PowerPC側重于服務器、游戲機領域,如任天堂、索尼、微軟的游戲機,Freescale的PowerPC側重于嵌入式市場,如通信、汽車電子等。

指令集的戰(zhàn)爭已經打響,ARM陣營擁有大量的半導體公司及軟件公司,MIPS也有不少,而Power陣營則主要是IBM和Freescale孤軍作戰(zhàn)。2004年,IBM發(fā)起了Power.org聯盟,Power.org發(fā)布了統(tǒng)一的指令集體系結構,將POWER和PowerPC體系結構統(tǒng)一到新的Power體系結構中。Power.org聯盟由IBM和Freescale組成的Power Architecture顧問委員會負責管理架構路線圖,協調Power架構技術,使得從低成本到高性能的應用均能使用無縫兼容的指令集。除了開放了指令集外,IBM也開始向外提供內核授權,讓更多的公司加入到Power.org聯盟中。


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