這個曾比ARM還火的架構即將開源！中國造芯新機遇

智東西（公眾號：zhidxcom）文 | 心緣

2018年，是硬體開源起勢的一年，是繼ARM稱霸移動市場多年後，RISC架構名望再漲的一年，更是我國自主造芯的熱情高潮迭起的一年。

這一年，RISC-V迅速崛起並擴張生態，諸多半導體公司和科技巨頭熱情加盟，國內外的RISC-V產業聯盟都做得風生水起。

智東西曾縱覽國內外RISC-V浪潮（深度：AI晶片新風口！阿里華米已入局，將撼動ARM地位）。

師出同門的RISC-V和MIPS，在前者如日中天之時，後者卻屢遭「賣身」。

作為一個35歲的矽谷老前輩，MIPS卻在今年年中被7歲的AI新秀Wave Computing收入麾下，一個開源大計也開始默默地在矽谷生根發芽。

經過6個月的醞釀，趕在2018年的尾巴，Wave Computing貫徹其「不鳴則已一鳴驚人」的統一作風，在晶片界拋下了一顆重磅炸彈——宣布MIPS今年Q1開源！而這距離Wave收購MIPS只有短短6個月。

日漸邊緣化的MIPS能否靠開源計劃重返主流市場？如果這個計劃提前半年公布，RISC-V是否還有今日之備受矚目？它是否會對RISC-V造成衝擊？又對採用MIPS架構的老玩家們意味著什麼？

智東西走訪國內外多家知名晶片企業，梳理了MIPS開源計劃為其生態及Wave的AI大計帶來的優勢，並從生態、市場、社區、專利和技術五個方面進行剖析，力圖復盤一個完整的MIPS開源布局。

從ARM前輩到聲勢漸微：江河日下的MIPS

MIPS全名為「無內部互鎖流水級的微處理器」（Microprocessor without interlocked piped stages），是基於精簡指令集（RISC） 的衍生架構之一。

它曾比ARM還要火，是安卓系統支持的三大處理器平台之一，卻最終在生態的較量中鎩羽而歸。

也許是學院派出身使得MIPS對商業化不慎敏感，也許是長期寄人籬下和幾度被轉手的經歷削損了MIPS的鋒芒，再加上MIPS在移動時代的反應遲鈍，以及架構授權帶來的硬體落後等種種問題，致使MIPS在市場中的地位和知名度都開始裹足不前。

1、 移動敗陣，榮光不再

作為精簡指令集（RISC）的先行者，MIPS架構其實算是ARM的同門師兄，比ARM的誕生還早六年。

甚至在1991年就推出了64位的設計R4000，而ARM到2012年才大範圍推廣64位處理器設計。

早期MIPS公司是對標英特爾，面向中高端市場輸出產品。

Pacemips、IDT和東芝等半導體公司在MIPS發展早期採用了其設計來製造晶片，生產的晶片被用於索尼遊戲機、Cisco的路由器和SGI超級計算機等終端設備。

MIPS在家用路由器市場的壟斷地位延續至今。

▲MIPS是業界應用廣泛的可擴展處理器架構

不過，在後輩ARM果斷踏入移動時代的大門並迅速完善生態時，MIPS卻固守在高清盒子、印表機等原來的市場，反應遲緩、技術限制以及學院派風格等原因，使他們失去了2007-2017年這移動手機市場火速爆發的關鍵十年。

2、幾度賣身，頹勢難挽

自1984年被來自史丹福大學前校長John Hennessy創立以來，命途多舛的MIPS公司，先後在Silicon Graphics、英特爾、Imagination Techologies、Tallwood Capital和Wave Computing手下幾經輾轉。

Silicon Graphics使用MIPS的產品打造了業界首個多處理器伺服器，並於1992年收購了MIPS公司。

隨後SGI遇到困難，英特爾接管了其伺服器CPU業務，在1998年將MIPS進行IPO。

當MIPS兵敗如山倒之時，英國公司Imagination在2013年花1億美元收購MIPS，並帶動起業界對MIPS新的熱情，英特爾、蘋果、聯發科等大客戶紛紛伸出友好的手。

▲Imagination MIPS I6400 CPU框圖

Imagination選擇放棄手機市場這一攻不下的山頭，開始從高性能CPU轉向網絡設備、物聯網設備和其他低功耗應用的高能效處理器。

在2017年再度被Imagination以6500萬美元的賠本價轉手給Tallwood Capital後，MIPS終於在今年6月找到新的「歸宿」——AI晶片創企Wave Computing。

完善社區和生態，進軍邊緣計算市場

Wave Computing的AI IP事業部總裁Art Swift曾向外媒透露，Wave的CEO Derek Meyer是MIPS的資深人士，自6月收購MIPS科技起就一直在醞釀MIPS開源計劃。

一個AI晶片創企，為何在剛剛拿下矽谷老玩家後，就做出如此果敢大膽的決定呢？

1、補足MIPS社區和生態

對於MIPS本身而言，MIPS未來的成功很大程度上取決於生態建設和社區發展。

Art Swift表示，MIPS開源對於加速MIPS在生態系統中的採用至關重要，而建立一個充滿活力且蓬勃發展的社區是關鍵。

按照MIPS官方介紹，MIPS開源將提供更強大、更完整的開發工具和第三方IP解決方案生態系統，還將進一步推動基於MIPS的解決方案在物聯網範圍內擴展到邊緣設備，並實現廣泛的社區創新，推動MIPS生態系統的軟體應用增長。

對於MIPS生態系統合作夥伴，MIPS將進一步鞏固MIPS架構的穩定性和擴散性，大量增加MIPS開源授權持有者的商機，為更多授權收入創造機會，加速提供支持AI的解決方案，同時保持與現有MIPS產品的向後兼容性。

此前在移動市場不如ARM吃香的MIPS，將注意力轉向中國這一新的市場。

而生態的重要性亦在其中國夥伴身上體現的淋漓盡致。

從七八年前開始，我國龍芯中科、珠海炬力、北京君正等公司看中MIPS所展現的高性能和低功耗，陸續買下了MIPS授權，基於MIPS做自主設計，打造自己的指令集，並用在數位電視、機頂盒以及各類可攜式設備等應用之中。

▲基於MIPS64的龍芯（Loongson）處理器

背負著「自主造芯」盛名的龍芯，曾一度因為太過關注參數而忽略了生態問題，導致產品做出後卻無人問津。

隨後龍芯花了很大精力在生態建設上，先在工控、軍用和企業級應用等領域站穩腳跟，然後再進軍消費市場。

據說基於龍芯CPU進行下游解決方案開發的合作夥伴已有數百家。

炬力和君正均積極擁抱新時代，在移動網際網路、物聯網、智能穿戴和智能家居等新興領域展開廣泛布局。

除了功耗之外，如今困擾可穿戴產品的主要問題亦在於生態，君正也在著力於完善基於君正方案的生態鏈。

不過，由於MIPS在兼容性等問題上的缺陷，MIPS的發展勢頭不如人意，而完全開源的RISC-V架構的興起，又給MIPS帶來新的壓力。

在MIPS開源消息宣布之前，行業普遍認為MIPS大勢去矣，正在衰落的道路上踽踽獨行。

在部分人眼中，MIPS開源將會吸引到更多玩家加入MIPS的陣營，如果MIPS能夠補足在生態建設上的短板，至少使之有望在新興的邊緣計算領域，突顯其在相對於RISC-V更成熟的生態、技術和工具等方面的優勢。

2、和DPU IP深度融合，AI邊緣計算成重點

對於Wave Computing而言，MIPS開源亦是好處頗豐。

Wave將MIPS視為推動Wave的AI進入大量應用的關鍵，為Wave拓展邊緣計算和終端等新的市場。

Wave的高級副總裁兼首席商務官Lee Flanagin在一份聲明中說，MIPS開源將補充Wave現有和未來的MIPS IP核，確保當前和新的MIPS客戶擁有廣泛解決方案，可以從中選擇他們的SoC設計，並且還可以訪問充滿活力的MIPS開發社區和生態系統。

MIPS開源還將幫助Wave實現其計劃的路線圖，通過一整套基於AI的第三方軟體產品，為基於AI-IP的SoC解決方案提供更快捷的途徑。

Swift也透露說，MIPS將為開源社區帶來「商業準備」的「工業強度」架構指令集。

「晶片設計人員將有機會根據經過驗證且經過良好測試的指令集來設計自己的內核。

」

此前Wave主打的數據流處理器（Dataflow Processing Unit，DPU）主要面向雲端，具有通用特性，能同時支持訓練和推理計算。

Wave將在適當時機將數據流處理器DPU的IP和MIPS做深度融合，使得MIPS成為Wave下一代AI晶片的內核。

Wave還將AI晶片技術和以低功耗著稱的MIPS CPU結合，形成適合邊緣計算和終端的MIPS加速AI的解決方案，將AI應用到更為廣闊的邊緣計算領域。

Wave認為，MIPS在AI的邊緣計算有較大優勢，尤其是其優異的對多線程的支持。

MIPS也會支持AI深度學習專屬的擴展指令集。

基於MIPS優異的多任務多線程的性能，在AI、5G以及其他對性能有高要求的領域，我們將有望更多地看到MIPS的身影。

MIPS真的會挫傷RISC-V嗎？

前有ARM進軍移動領域，打下手機市場大半江山；後有RISC-V聲名漸起，在贏得一眾大小廠實名支持。

我們看到鋪天蓋地的報導寫到，如果MIPS開源，或會對起勢的RISC-V造成衝擊。

一方面，看好MIPS開源的人認為，MIPS ISA是經過商業驗證的ISA，有大量優質成熟的工具、軟體環境和專利，比RISC-V更完整，對於一些SoC設計師來說可以取代RISC-V。

有評論稱：「如果MIPS發生在兩三年前，那麼RISC-V就不會誕生。

」

但另一方面，限於MIPS開源有限的信息量，一些行業人士對MIPS開源的態度趨于謹慎。

他們認為，MIPS屬於一家商業公司，沒有獨立組織，應該不會完全開源。

Power、Spark指令架構開源更早，亦未能在市場上多分幾杯羮。

此外，RISC-V更加現代化，包括MIPS所沒有的內容，比起MIPS更加通用可擴展。

MIPS的主流玩家之一君正就在保持MIPS兼容產品開發和優化完善的同時，加入了RISC-V基金會，並且其已展開對基於RISC-V指令集CPU核的研發工作。

▲君正在RISC-V基金會的成員名錄中

不過也有人認為，RISC-V距離「真正意義上符合工業標準、受專利保護且已被大量驗證的RISC開放架構」尚遠。

Wave公司相關負責人告訴智東西：「RISC-V是一個非常優秀的行業聯盟，它起源於學校院校，能在較短的時間就從一個學校的學術研究課題到在行業內積累一定的知名度和資源來共同參與，這本身對於晶片行業的IP發展提供了一種新的探索道路。

」市場很大，競爭也很公平，Wave希望MIPS開源能夠給業界多一個CPU架構的選擇，而且是成熟、符合工業標準的、受專利保護的CPU架構，實實在在地為客戶帶去更好的產品價值和服務，贏得客戶的信賴和支持。

對此，智東西從生態、市場、社區、專利和技術五個方面，儘可能全面覆蓋我們當前可獲知的關於MIPS開源計劃的全貌，看它能否給指令集領域帶來新的變局。

1、生態成熟度

要打造有競爭力的處理器，所使用的架構不僅要是全球範圍的一個通用架構，還要獲得良性生態的支持。

很多人認為，相比RISC-V，經過多年發展的MIPS經已經建立了相對成熟的生態體系，這將成為MIPS開源後的一大優勢。

UltraSoC是一家為嵌入式系統提供先進調試和分析技術的英國公司，是RISC-V的積極支持者。

這家公司的CEO Rupert Baines告訴外媒EE Times：「鑒於RISC-V的勢頭，MIPS開源是一個有趣、精明的舉動」，「MIPS已經擁有大量優質工具和軟體環境，這是一种放大MIPS自身優勢的聰明之舉，而且沒什麼損失。

」他認為，對於一些集成電路設計師而言，MIPS可以替代RISC-V。

▲2011年MIPS在數字家居、網絡和移動設備三大領域的授權商

Linley Group的首席分析師Linley Gwennap則表示，MIPS在開源社區的影響力份額比不過RISC-V，各種所有權轉換會對MIPS造成限制，但MIPS還有時間來增進設計。

另外，MIPS原有內核授權業務優勢過大，導致其他願意參與的公司不多，其多樣性和可選擇性比起RISC-V內核偏弱，多家半導體IP公司已經開始做基於RISC-V指令集的內核。

Gwennap認為MIPS ISA比RISC-V更完整，軟體工具也相對更成熟，而且能提供RISC-V所缺乏的專利保護和中央授權來避免ISA碎片化，這些因素使得MIPS在商業應用方面具有優勢。

不過，此次開源計劃針對的是MIPS R6指令集，這是MIPS的一個近乎全新的指令集，對此前MIPS的架構做了大量的優化工作，內核也是經過重新設計。

它更近似於另一個RISC-V，之前積累的生態優勢未必能發揮出來。

而且儘管MIPS為早期MIPS版本的客戶提供兼容工具，移植過程仍可能會有大量移植工作量。

對此Wave相關負責人表示，其MIPS開源計劃時認真的，這一問題會在今年第一季度公布。

2、市場走勢

Imagination和Ceva曾在2012年為併購MIPS而爭的火熱，那時MIPS被曝出年營收約6000萬美元並處於虧損中。

而就這些年MIPS的布局來看，MIPS在伺服器、網絡中的應用相對穩定，但市場份額變化處於未知數。

在移動市場幾乎已經看不到希望，而在新興的智能硬體領域暫時還沒有一個巨頭型玩家脫穎而出。

如今MIPS還擁有博通、Cavium、英特爾Mobileye、龍芯、炬力、君正等行業領軍角色的支持。

一些市場觀察家對MIPS依然保持信心，認為MIPS經過有效經營後，有望再次躋身主流架構。

▲Mobileye EyeQ4使用了多MIPS處理器

MIPS並非首個期望通過開源重返高地的架構。

誕生於1990年的IBM Power也曾所向披靡，其應用範圍覆蓋到各種類型的主機，曾占據伺服器市場2/3的市場份額。

然而，由於IBM偏向服務高端用戶、不夠重視民用蛋糕、對市場和研發綜合掌握能力不足等因素，有高性能加持的Power卻在Wintel聯盟的進攻中節節退敗，Power、Sparc等曾經風靡一時的架構CPU被x86架構CPU擊得潰不成軍，Power被擠到唯有在高端伺服器市場立足。

當Power江河日下，IBM亦選擇開源的方式試圖力挽狂瀾，IBM聯合谷歌、英偉達、TYAN、Mellanox成立OpenPower聯盟和OpenPower基金會，在晶片設計、系統設計和開源軟體三個層面推動Power生態環境的壯大。

市場的不確定性，在某種程度上，可能會給選擇它的客戶帶來些許疑慮。

3、社區歸屬

走「開源」絕非一張空頭支票，Art Swift強調說必須全力支持和妥善管理開源工作，社區必須能夠支持自身的發展。

在MIPS架構開源後，它的管理者也是一個問題。

如果要吸引更多企業加盟，一個中立的非盈利組織可能更為合適。

Swift曾任RISC-V基金會營銷委員會的副主席，並且是prpl基金會的主席。

prpl基金會成立於2015年，是一個開源社區驅動的聯盟。

Swift稱該基金會專注於實現在客戶端設備、物聯網等嵌入式設備的安全性和互操作性，成員包括Arris Technology、英特爾、沃達豐、高通和博通等。

▲Art Swift在prpl基金會官網的簡介

當被問及誰將運行MIPS開源計劃時，Swift建議建立一個新的基金會或者將其遷移到一個像prpl基金會之類的已存在的開源組織。

不少人推測它會被放到前幾年成立的prpl基金會中，UltraSoC CEO Baines也認為這是個不錯的選擇。

不過按照Swift的說法，其指導委員會仍在就MIPS開源計劃的管理者進行討論。

正確的管理對於確保MIPS客戶確保MIPS開放式生態系統提供的開發工具，應用程式和其他增值功能和服務適合新的實施至關重要。

而關於MIPS社區的支持和管理機制等更多細節，Wave也將在今年Q1公布。

4、專利保護

Wave在宣布MIPS開源計劃時表示，「MIPS開源計劃的參與者將獲得MIPS授權的數百項現有全球專利」。

Wave將允許開源計劃的參與者自由修改授權，並且沒有IP問題，但授權後產生的IP須經由MIPS 開源社區的第三方驗證體系驗證兼容性，以避免碎片化。

有行業人士認為，MIPS開源將對君正、龍芯等MIPS的老玩家也會產生積極的影響，有助於他們實現真正的自主可控，並在專利上提供相當程度的保護。

Linley Gwennap則表示，這種方法使得MIPS更難獲得授權收入，其挑戰在於找到一種能夠平衡開放可用性和創收的商業模式。

與此同時，專利問題存在些許隱憂。

MIPS曾2012年將其擁有的580個專利中的498個專利都賣給了由ARM等幾個科技巨頭組成的專利聯盟BridgeCrossing，總收益為3.5億美元。

MIPS保留了與MIPS架構直接相關的其餘82項專利屬性，並對賣出的專利均有永久授權。

而Bridge Crossing在收購專利的第二年，就開始把手頭的專利轉給了ARM。

所以從理論上來說，ARM現在已控制了大部分MIPS的原有專利，即便這些專利不會影響MIPS ISA，但依然會給客戶帶來一些擔憂。

Wave向智東西解答了部分疑慮，他們表示MIPS R6將完全開源，不僅完全開放ISA，架構授權者還可以自己生產基於MIPS架構的IP對外銷售，且不會產生授權費和版權費，對於所承諾的數百項專利，尤其是關於64位和向量的專利，他們均會提供專利保護。

5、技術完善

▲MIPS官網信息

根據MIPS官網公開的信息，在MIPS開源社區啟動後，註冊會員將可以訪問的IP和技術資源包括：32和64位MIPS R6指令集架構的開源版本、MIPS SIMD擴展、MIPS DSP擴展、MIPS多線程（MT）、MIPS MCU、microMIPS架構和MIPS虛擬化（VZ）。

由社區主導的技術創新已經成為一種技術創新的主流趨勢，MIPS開源亦是為了順應這一行業技術發展趨勢，除了為業界提供優秀的IP設計，也為業界提供一個成熟的CPU架構選擇，以推動和支持CPU設計的進一步發展。

MIPS的含義是「無內部互鎖流水級的微處理器」，其機制是儘量利用軟體辦法避免流水線中的數據相關問題。

流水寄存器在相鄰的流水段之間負責傳遞數據和控制信息，保證流水線中不同段的指令不會相互干擾，當發生互鎖問題，互鎖處理模塊會暫停流水線直至互鎖解決。

由於MIPS原有指令集架構的設計已經過漫長歲月，其中遺留了一些歷史問題，Andrew Shell Waterman博士在其2016年發表的《RISC-V指令集架構設計（Design of the RISC-V Instruction Set Architecture）》論文中列舉了MIPS在高性能應用方面存在的八點缺陷。

數據衝突問題影響流水線性能、乘法和除法使用特殊的架構寄存器增加指令數和位架構複雜性、使用特殊指令處理未對齊的加載和存儲會消耗大量的代碼空間等問題均在文中列數。

▲Andrew Shell Waterman博士論文片段

MIPS推出的最新架構已經修訂並消除了其中的一些瑕疵，但RISC-V是在吸取了MIPS、SPARC、Alpha、ARM等前輩的經驗後誕生的新的RISC指令集，要和RISC-V同場競技，MIPS的架構還需持續優化。

結語：中國自主造芯路上的新風向？

Wave Computing不是第一家收購傳奇企業的創企，但它正以高效的行動力展示雄心壯志。

但這是一條全新的征途，Wave究竟會為加入開源計劃的成員們帶來哪些具體的優待，開源的MIPS R6能不能為成為MIPS翻身的引擎……諸多問題還需等Wave在今年第一季度釋放出更多的信息。

從總體趨勢來看，開源硬體已經成為IT行業的大潮，而指令集開源也成為這個浪潮中的重要趨勢。

MIPS開源究竟是一場漫無止境的苦旅，還是重返主流市場的新征途，誰也無法給出確切答案。

就目前而言，無論是漸有起色的RISC-V，還是將在未來不久開源的MIPS，都無法撼動ARM在移動手機市場穩固的江山，但在AI、物聯網等新興領域，ARM、MIPS、RISC-V等指令集架構都站在相近的起跑線，開源必然會刺激更多的指令集的實現能力和創新能力，也為聚焦在相對小眾的指令集的中國企業提供更多的選擇，並創造了新的機遇。

歷經多次「假自主」事件的中國，需要的不是第二個「漢芯事件」，不是所謂「在巨人肩膀上做創新」的藉口，更不是空喊口號的PPT造芯，自主研發高性能基礎設施是我國科技屆數十年的一大夢想，相比亦步亦趨的照搬者，這個夢想的實現更需要冷靜踏實、潛心鑽研的人。