MIPS的倒下,给中国芯片公司什么启示

发布日期:2021-04-05 11:347 文章来源:友链网 点击:

日前,外媒报道MIPS Technologies宣布将放弃继续设计MIPS指令集,转向了RISC-V。对此,铁流不禁感慨“四十河东,四十年河西”,MIPS作为第一款商用的RISC指令集,在诞生四十年后被公司放弃,转而投入RISC-V这个后起之秀的怀抱。回溯MIPS公司过去四十年的历史,成败关键还是在于能否抓住机遇,MIPS抓住了RISC处理器兴起的机遇,但没能抓住之后的两次历史机遇。

MIPS的倒下,给中国芯片公司什么启示

 

MIPS抓住RISC处理器兴起机遇而崛起

把时间轴往回拨半个世纪,全球CPU是CISC处理器的天下,直到RISC处理器异军突起,由于RISC处理器相对于CISC处理器有一定性能优势,这使英特尔在市场竞争中一度比较被动,不得不两头下注,同时保持CISC和RISC处理器两条产品线,以至于“RISC优势论”根深蒂固,即便当下CISC和RISC已经殊途同归,行业里的人都明白这个事情,但依然有很多媒体人在宣传RISC的“先天优势”。

在这一波RISC处理器大潮中,MIPS无疑是时代的弄潮儿。1981年,斯坦福教授John Hennessy开创了MIPS处理器,并于1984年创立了MIPS科技公司,1992年,MIPS被SGI收购,1998年,MIPS从SGI中被分拆出来重新上市。从创立MIPS至将公司出售给SGI,MIPS先后设计了R2000、R3000、R4000等产品,其中不乏商业上大卖的产品,SGI、索尼等公司都曾经是MIPS的大客户。

即便在MIPS逐渐日薄西山的情况下,在一些行业市场,MIPS依然有很强的竞争力,比如Cavium就曾经专注于基于MIPS的定制化网络设备处理器,CN6xxx曾经在网络设备市场上叱咤风云,其MIPS处理器产品线也有思科,Ubnt、博通、Mobileye等一系列忠实客户。根据MIPS在2018年公布的数据,MIPS芯片历史累计出货量已经超过100亿片,每年新增10亿片,这个市场规模不算小。

MIPS在两次竞争中失利而逐渐边缘化

第一次是RISC处理器在和CISC处理器竞争中失利。当年,虽然英特尔面对MIPS、Alpha、Sparc、Power、PA-RISC等RISC处理器颇为吃力,但英特尔并非等死之辈,反而借鉴了RISC处理器的优点,实现了CISC在解码阶段上向RISC的转化,弥补了CISC流水线实现上的劣势。

这里说明一下,在CISC借鉴RISC的优点同时,RISC也在借鉴CISC的优点,比如ARM借鉴CISC提高指令缓存效率,这直接导致CISC和RISC早已经殊途同归。多年前,来自美国威斯康辛大学的一个研究小组在国际高性能计算机体系结构大会上的报告指出,CISC与RISC在指令集架构层面上的差异已经较小,CISC与RISC的精华已经合二为一,且由微架构和物理设计、工艺实现带来的性能提升足以掩盖指令集层面的差异。结果这个报告受到一些学者的批评,批评的原因并非是这个报告本身有问题,而是这些学者们认为这已经是学术界的共识,没必要在顶级学术会议上耗费时间专门讲众所周知的结论。

在借鉴RISC的同时,英特尔还充分利用了自己的市场份额优势并坚持向下兼容,依靠更加成熟的横向整合商业模式开发出更具性价比的产品,依靠兼容和性价比优势挤压RISC处理器的市场份额。之后与微软组建Wintel同盟,依靠软件和硬件的捆绑直接奠定了其霸主地位。

在这一波死亡竞赛中,惠普放弃了PA-RISC,转头X86阵营;IBM则凭借政府、银行、军方等不差钱的客户,艰难维持着Power处理器,在2016年,IBM将Power8处理器卖给苏州宏芯,在2018年,宏芯还闹出欠薪事件;DEC(开发Alpha处理器)和Sun(开发Sparc处理器)轰然倒塌,DEC先被康柏收购,后被惠普雪藏,一些遗产还流到了英特尔手里,Sun的遗产则被甲骨文收购,数年前,甲骨文还凭借从Sun收购获得的遗产Java和谷歌打官司,索赔金额高达93亿美元。MIPS在这波浪潮中自然无法独善其身,在桌面市场被英特尔压着打,只能在通信等行业市场寻求立足之地。

MIPS第二次失利则是没有抓住智能移动设备崛起的契机,当时,就行业地位而言,MIPS还是要略胜于ARM一些,当年,其实德州仪器、飞思卡尔(当时德州仪器还是龙头企业,高通、联发科相对于那时的德州仪器都是弟弟,苹果和华为都还未开始设计手机芯片)等公司都曾经向客户提供过基于MIPS和ARM的手机芯片,只不过架不住诺基亚、三星、苹果等大公司更加青睐ARM,加上MIPS一心想和英特尔死磕导致高不成低不就,本身处于风云飘摇之中,而ARM则因为深耕嵌入式芯片,积累了很深的技术底蕴,抓住了时代机遇,在过去十年中快速崛起。

多次转卖元气大伤

2013年,英国Imagination公司以6000万美元价格收购了江河日下的MIPS公司,在这次收购中,MIPS 498项专利已经以3.5亿美元的价格出售给Bridge CrossingLLC集团。Imagination公司收购MIPS之后,形成了PowerVR GPU、MIPS CPU、通信和无线连接产品三大主营业务。不过,MIPS CPU并没有给Imagination带来太大收益,其主要营收高度依赖其GPU业务。因而Imagination并没有投入多少资源用于MIPS处理器的发展,反而是充分利用MIPS过去的积淀去赚钱,这直接导致了MIPS处理器的发展几乎处于停滞状态。

2017年,苹果在试图收购Imagination未果之后,宣布弃用PowerVRGPU,选择自研GPU,在苹果宣布弃用PowerVR GPU之后,Imagination股价下跌70%。面对危局,Imagination只能引进白衣骑士——一家有中资背景的资本Canyon Bridge,由于Canyon Bridge的中资背景,而MIPS不少业务和美国军方联系紧密,因而在收购前必须被剥离,由美国加州投资公司Tallwood 持有。之后,WaveComputing又从Tallwood买下了MIPS。Wave Computing是一家主攻人工智能的初创公司,原本是计划将MIPS应用于人工智能领域,但随着Wave Computing破产,一切都化为了泡影。

在Wave Computing破产重组之后,公司更名为MIPS Technologies,放弃了MIPS处理器的研发,投入RISC-V阵营。由于MIPS的历史地位,其投入RISC-V影响力不可谓小,好比是一个曾经割据一方的君主向一个新兴强权俯首称臣,颇具象征意义。

MIPS的兴衰对中国的借鉴意义

MIPS之所以逐渐被市场边缘化,很重要的一个原因就是生态破碎化。由于MIPS学院风很重,在技术授权上比较开放,允许客户添加指令集,允许客户自己设计CPU核。技术上的开放一方面使MIPS在学院派中颇受青睐,很多大学至今依然在使用MIPS进行教学,另一方面,客户可以自由添加指令集,而这直接导致MIPS的生态破碎化。

相比之下,ARM则在商业上比较开放,但在技术上卡的非常严格,在ARM32时代,ARM仅对苹果、高通等不超过5家公司授权过ARM32指令集,而且禁止客户修改、添加指令,其他的一律是IP核授权。诚然,ARM64在授权方面比ARM32开放很多,但禁止修改添加指令,价格异常昂贵,国内某企业的授权费用为每5年1亿美元,到期后重新谈判,而且还有不可修改添加指令,仅限于服务器领域等条款。某明星企业更加有钱,买的授权等级更高一些,当然,花的钱也更多。可以说,ARM在技术授权方面比MIPS更加保守,但恰恰是这种保守的举措,比如禁止客户修改、添加指令等条款使ARM避免了MIPS生态破碎化的命运。

近年来,国产CPU呈现出“百花齐放”的态势,国内已经出现了X86、ARM、MIPS、SPARC、RISC-V、SW64等多种指令集,其中,SW64是申威自主研发的指令集,龙芯在3A4000以前的LoongISA是基于MIPS进行添加,3A5000则基于龙芯自主指令集LoongArch。RISC-V是开源指令集,RISC-V源自美国大学项目,且RISC-V基金会掌控在白人手里。澜起、兆芯基于X86授权,华为、飞腾、展锐,以及已经关门的华芯通基于ARM授权,宏芯、浪潮先后与IBM合作加入Power阵营,英特尔、IBM都是美国公司,ARM重要研发中心在美国奥斯汀,而且很有可能被英伟达收购,成为一家彻头彻尾的美国公司。这在当下这种国际大环境下,高度依赖美国公司授权是非常危险的。这并非危言耸听,而是现实的风险。由于某司在设计上依赖ARM授权,在制造上依赖台积电工艺,在美国发起制裁之后,其ARM CPU已经“绝版”。

在政策的指引下,国产化替代项目正如火如荼的开展,但在实践中遭遇了一系列问题,最麻烦的事情莫过于软件生态建设。在软件移植和适配过程中,由于各家国产CPU的指令集不同,这导致软件必须适配多个版本,重复建设,使软件移植工作量翻倍。本来就是小众市场,移植工作量又大,很多软件厂商只是抱着完成政治任务的态度敷衍了事,移植过来的软件和在英特尔平台上的体验和功能差距明显,用起来总是莫名其妙的卡顿,相比之下,Wintel平台哪怕是多年前的老赛扬+Windows都能流畅。

当年,MIPS就是吃了标准不统一生态破碎化的亏,如今,众多尚在萌芽状态的国产CPU又不约而同的掉进这个坑里。基于内循环的顶层设计,完全可以强制统一标准,搞一套自主指令集,然后国内各家CPU公司基于这套指令集设计CPU,谁的好用就用谁的。这种做法还有一个好处,那就是换成自主指令集后,因为国外买不到基于自主指令集设计的CPU核,那些穿马甲的伪国产CPU也会原形毕露,真正的自主CPU就能享受到国家政策红利,彻底禁绝马甲CPU侵吞政策红利的可能性。软件厂商也可以只适配一个版本的软件,这样有更多的时间和精力去做软件优化。只有众人拾柴,才能火焰高,国产自主软硬件技术体系才能在最短时间内初步形成。

结语

诚然,当下的MIPS已经日薄西山,但MIPS作为第一种商业的精简指令集曾经辉煌过至今仍保持相当的市场份额,由于起步早且非常学院派,影响力很广,美国不少大公司如博通、Mobileye、台湾联发科与不少大学至今仍使用MIPS进行业务及教学。

就行业地位而言,虽然和X86、ARM不能比,但根据MIPS在2018年公布的数据,MIPS芯片历史累计出货量已经超过100亿片,这种影响力和行业地位暂时难有除X86和ARM以外的处理器能够超越。

MIPS和RISC-V有很深的渊源,两者都非常学院派,而且都允许自由添加指令,在全球众多商业公司和研究机构纷纷加入RISC-V阵营的情况下,如何避免“九龙治水”后软件生态破碎化,是RISC-V亟需面对的问题。对于中国CPU公司而言,如何统一标准,避免内耗,实现力往一处使,是必须好好思考的问题。