แม้ว่า MIPS Technologies จะละทิ้งสถาปัตยกรรมของตนเองในปี 2021 เพื่อมุ่งเน้นไปที่การออกแบบ RISC-V แต่ชุดคำสั่ง MIPS ยังคงมีชีวิตอยู่ในสถานที่ที่ไม่คาดคิด การอภิปรายของชุมชนเผยให้เห็นว่าสถาปัตยกรรม RISC ที่เป็นผู้บุกเบิกนี้ ซึ่งเคยใช้งานในทุกอย่างตั้งแต่เครื่องเกม Nintendo 64 ไปจนถึงเวิร์กสเตชันระดับสูง ยังคงมีความเกี่ยวข้องในสภาพแวดล้อมการศึกษาและการใช้งานเฉพาะทาง
ไทม์ไลน์สถาปัตยกรรม MIPS
- 1981: โครงการ MIPS เริ่มต้นที่ Stanford University
- 1991: ซีรีส์ R4000 - โปรเซสเซอร์ MIPS 64 บิตรุ่นแรก
- 1995: Nintendo 64 เปิดตัวพร้อม CPU MIPS VR4300
- 1998: บริษัท MIPS ถูกขายโดย Silicon Graphics
- 2021: MIPS Technologies ยกเลิกสถาปัตยกรรม MIPS เพื่อเปลี่ยนไปใช้ RISC-V
- 2023: GlobalFoundries เข้าซื้อกิจการ MIPS Technologies
มรดกทางการศึกษายังคงแข็งแกร่ง
มหาวิทยาลัยทั่วโลกยังคงสอนสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์โดยใช้ MIPS เป็นตัวอย่างหลัก นักศึกษาที่ UC Berkeley, University of New South Wales, Rochester Institute of Technology และสถาบันอื่นๆ อีกมากมายยังคงเรียนรู้การเขียนโปรแกรมแอสเซมบลีผ่านโปรแกรมจำลอง MIPS เช่น SPIM และ QtSPIM สถาปัตยกรรมที่มีการออกแบบที่สะอาดและชุดคำสั่งที่มีเอกสารครบถ้วนทำให้เป็นเครื่องมือสอนที่เหมาะสำหรับการทำความเข้าใจพื้นฐานของโปรเซสเซอร์
น่าสนใจที่ UC Berkeley เพิ่งเปลี่ยนจาก MIPS ไปเป็น RISC-V ในคอร์ส CS61C ของพวกเขา ซึ่งสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมโดยรวมไปสู่สถาปัตยกรรมโอเพ่นซอร์สที่ใหม่กว่า การเปลี่ยนแปลงนี้แสดงถึงการส่งต่อคบเพลิงอย่างเป็นสัญลักษณ์จากสถาปัตยกรรมหนึ่งที่ได้รับอิทธิพลจาก Berkeley ไปยังอีกสถาปัตยกรรมหนึ่ง
SPIM: โปรแกรมจำลองโปรเซสเซอร์ MIPS ที่ใช้กันทั่วไปในการศึกษาวิทยาการคอมพิวเตอร์
ระบบฝังตัวและอุปกรณ์เครือข่าย
สถาปัตยกรรม MIPS ยังคงมีฐานในการใช้งานแบบฝังตัว โดยเฉพาะในอุปกรณ์เครือข่าย เราเตอร์ WiFi โมเด็มเคเบิล และกล่องรับสัญญาณยังคงพึ่งพาไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ MIPS ไลน์ผลิตภัณฑ์ EdgeRouter ของ Ubiquiti ใช้โปรเซสเซอร์ MIPS และ Microchip ยังคงผลิตไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC32MZ ที่ใช้ MIPS สำหรับการใช้งานในยานยนต์
อย่างไรก็ตาม แนวโน้มกำลังเปลี่ยนไปสู่ ARM และ RISC-V ในการออกแบบใหม่ๆ ผู้ผลิตระบบบนชิป WiFi รายใหญ่ส่วนใหญ่ได้เปลี่ยนไปใช้คอร์ ARM แล้ว แม้ว่าการเปลี่ยนผ่านจะเป็นไปอย่างค่อยเป็นค่อยไปเนื่องจากต้นทุนการพัฒนาและลักษณะเฉพาะของฮาร์ดแวร์เครือข่าย
พื้นที่การใช้งาน MIPS ในปัจจุบัน
- การศึกษา: มหาวิทยาลัยทั่วโลกใช้ MIPS สำหรับหลักสูตรสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์
- ระบบฝังตัว: เราเตอร์ WiFi , เคเบิลโมเด็ม, กล่องรับสัญญาณ
- ไมโครคอนโทรลเลอร์: ซีรีส์ Microchip PIC32MZ สำหรับการใช้งานในยานยนต์
- เครือข่าย: ผลิตภัณฑ์ Ubiquiti EdgeRouter
- ระบบเก่า: อุปกรณ์ IoT หลายร้อยล้านเครื่อง
ความท้าทายทางเทคนิคและลักษณะเฉพาะของการออกแบบ
การอภิปรายของชุมชนเน้นย้ำถึงความท้าทายทางเทคนิคที่เป็นเอกลักษณ์ที่ MIPS นำเสนอให้กับนักพัฒนา การตัดสินใจในการออกแบบช่วงแรกของสถาปัตยกรรม รวมถึง branch delay slots และ split HI16/LO16 relocations สร้างสถานการณ์การเขียนโปรแกรมที่ซับซ้อนซึ่งสถาปัตยกรรมใหม่กว่าหลีกเลี่ยง
MIPS analyzer สำหรับมันคือความท้าทายทางอัลกอริทึมที่ยากที่สุดที่ฉันเคยเผชิญมา ลักษณะเฉพาะของสถาปัตยกรรมนั้นมอบความหงุดหงิดที่ไม่มีที่สิ้นสุดในกรณีขอบที่น่าหงุดหงิด
ตัวเลือกการออกแบบเหล่านี้ แม้จะเป็นนวัตกรรมในยุคของมัน แต่แสดงให้เห็นว่าทำไมสถาปัตยกรรมที่เรียบง่ายและสม่ำเสมอกว่าเช่น RISC-V จึงได้รับการยอมรับ ความซับซ้อนเกิดจาก MIPS ขาด PC-relative addressing ในเวอร์ชันแรกๆ และต้องการวิธีแก้ไขที่ซับซ้อนสำหรับการคำนวณตัวชี้
Branch delay slots: คำสั่งที่ดำเนินการหลังจากคำสั่ง branch โดยไม่คำนึงว่า branch จะถูกดำเนินการหรือไม่
MIPS เทียบกับสถาปัตยกรรมสมัยใหม่
| คุณสมบัติ | MIPS (รุ่นแรก) | ARM | RISC-V |
|---|---|---|---|
| Branch Delay Slots | มี | ไม่มี | ไม่มี |
| Load Delay Slots | มี (ถูกเอาออกใน MIPS II) | ไม่มี | ไม่มี |
| PC-Relative Addressing | จำกัด | มี | มี |
| Consistent Register Fields | ไม่มี | ไม่มี | มี |
| Open Source | ไม่ใช่ | ไม่ใช่ | ใช่ |
การพัฒนาเทคโนโลยีของจีน
ที่สำคัญที่สุดคือ MIPS มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ของจีน ตระกูลโปรเซสเซอร์ Loongson เริ่มต้นเป็นการออกแบบที่เข้ากันได้กับ MIPS ก่อนที่จะพัฒนาเป็นสถาปัตยกรรม LoongArch ที่เป็นอิสระ ความก้าวหน้านี้แสดงให้เห็นว่าสถาปัตยกรรมที่มีอยู่แล้วสามารถทำหน้าที่เป็นก้าวสำคัญสำหรับการพัฒนาความสามารถด้านเทคโนโลยีภายในประเทศ
สถาปัตยกรรมชุดคำสั่ง MIPS แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงกลยุทธ์ของบริษัทแม่ แต่ยังคงทำหน้าที่สำคัญในการศึกษา ระบบฝังตัว และเป็นรากฐานสำหรับการออกแบบโปรเซสเซอร์ใหม่ๆ แม้ว่าอนาคตเชิงพาณิชย์จะยังไม่แน่นอน แต่อิทธิพลทางเทคนิคยังคงอยู่ในหลายโดเมน
อ้างอิง: MIPS