MIPS64:64位计算的过去、现在以及未来

我们全新的64位处理器I6400的发布标志着64位 MIPS处理器开启了新的篇章。本文旨在为读者介绍最新版本的MIPS64架构(安卓5.0 Lollipop支持的三种64位处理器架构之一),同时给出上个月读者提出几个问题的解答。

第一款64位MIPS CPU是何时发布的?

发布于20世纪90年代早期(相比于主流的64位X86实现早了整整十年),MIPS III是MIPS ISA(指令结构集)首个64位版本,也是最早的64位RISC架构之一。

在1991年,东芝、NEC、集成器件技术、大规模集成系统逻辑、半导体性能和西门子AG宣传他们获得了全球首款64位RISC CPU MIPS R4000的授权。基于64位MIPS III架构,R4000在工作站和服务器领域获得广泛应用,并且成为高级计算环境(ACE)公司的优先处理器选择。

MIPS R4000是一个八级整数流水线的标量超流水处理器

MIPS R4000是一个八级整数流水线的标量超流水处理器

自从R4000发布后,64位MIPS CPU已经在集成在单芯片上从单核扩展至数十个处理器的不同配置中,为许多应用中提供了无以伦比的吞吐率、功耗表现和编程性。

MIPS64 CPU用在哪里?

该架构在持续演化,帮助我们的合作伙伴维持他们立足市场的领先地位,也帮助他们扩充进入新市场。集成64位MIPS的设备已经销售了数亿台,覆盖游戏机和机顶盒到超高性能网络设备。

举例来说,任天堂64——20世纪90年代的游戏机定义者之一——采用的的是64位MIPS CPU.

趣味事实:任天堂64开发的首批游戏之一是超级玛丽64。在测试时,游戏团队开发人员创造了MIPS,这一角色灵感来自爱丽丝探险大陆奇遇的一只金色兔子,命名取自任天堂64游戏机中使用的应用处理器。MIPS被证实相当受欢迎,甚至出现在游戏的最终版本中——之后又出现在多个重新制作版中。

任天堂64游戏机使用基于MIPS的64位处理器NEC VR4300 的一个衍生版本

任天堂64游戏机使用基于MIPS的64位处理器NEC VR4300 的一个衍生版本

面向超高性能网络、存储及其他企业应用的基于MIPS64 SOC的几个最近例子包括博通XLP系列处理器和Cavium OCTEON III家族(CN70XX和CN71XX)。

MIPS64架构有何新特性?

在之前发表的文章(MIPS架构的传奇演化)中,我描述了32位和64位MIPS CPU的丰富继承特性,并讲到了该架构如何持续满足并超越业界需求。

MIPS架构基于扩展性和高效率定义

MIPS架构基于扩展性和高效率定义

现在来发掘64位计算的新特性以及未来其发展方向。

我们架构的最新版本是MIPS第6发布版,同时适用于MIPS32和MIPS64家族;下边是新增特性:

• 指令集已经被简化并且操作码映射图也为未来扩充做了改进。

• 不带延迟槽的强大的紧凑分支家族:包括21位目标地址范围到26位大地址的转换,一组寄存器间以及与0的比较,一组与0比较的条件分支和连接指令。

• 不带延迟槽的紧凑索引跳转指令:设计用于大绝对地址的支持

• 生成大常数、加载(增加)常数到16-31位、32-47位、48-63位的指令

• 程序计数器(PC)相关的指令:在分支和跳转指令之外,加载32位和64位数据以及大相对偏移的地址生成。第6发布版拥有真正的PC+偏移相关的地址控制转移指令,可以扩展到26位(256MB),不需要假跳转(J)指令的对齐限制,不过J指令仍然可以在第6发布版中使用。

• 整数累积指令和HI/LO寄存器被从第6发布版的基础指令集中移除并移动到DSP模块

• 位反转和字节对齐指令从DSP迁移到第6发布版基础指令集中

• 乘法和除法指令被重定义为仅生成一个GPR结果。

• CPU真值从一位改为多位:第6发布版之前的指令仅查看寄存器的位0以判断真值,第6发布版改为将全0或任何一个位非0判断成真值表中的假或真值(适用于带掩码的逻辑操作),这同高级编程语言如C的做法兼容。分支和条件move指令也有相关更改。

• 索引寻址从FPU加载和存储中移除,可以通过比例寻址缓解。

• 32位和64位操作的变化:StatusX模式(基于兼容性考虑,32位有符号地址在64位处理器上会循环)现在仅用于用户模式的内存引用上。第6发布版将该特性扩展用于取指和新的AUI指令。

MIPS I级I6400 64位CPU发布于9月初,是首款实现MIPS第6发布版架构的核心。I6400包含一系列激动人心的特性(同时多线程,128位SIMD,完全硬件虚拟化,高级功耗管理等)被设计用于解决当前和未来移动、家庭娱乐、汽车、网络等市场需求。此外,MIPS64是安卓5.0Lollipop支持的三个架构之一。

安卓5.0支更新的32位和64位指令,将发挥出改进的性能表现

安卓5.0支更新的32位和64位指令,将发挥出改进的性能表现

下图展示了多线程MIPS CPU如何持续演化至当前革命性的Warrior I级处理器

超高效多线程MIPS CPU的演化

超高效多线程MIPS CPU的演化

我希望本篇文章回答了您关于新款MIPS64架构的疑问。

原文链接: http://blog.imgtec.com/mips-processors/mips64-the-past-present-and-futur...

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