Mặc dù MIPS Technologies đã từ bỏ kiến trúc của riêng mình vào năm 2021 để tập trung vào thiết kế RISC-V, bộ lệnh MIPS vẫn tiếp tục tìm thấy sức sống ở những nơi bất ngờ. Cuộc thảo luận cộng đồng cho thấy kiến trúc RISC tiên phong này, từng cung cấp sức mạnh cho mọi thứ từ máy chơi game Nintendo 64 đến các máy trạm cao cấp, vẫn duy trì tính liên quan trong môi trường giáo dục và các ứng dụng chuyên biệt.
Dòng thời gian kiến trúc MIPS
- 1981: Dự án MIPS bắt đầu tại Đại học Stanford
- 1991: Dòng R4000 - bộ vi xử lý MIPS 64-bit đầu tiên
- 1995: Nintendo 64 ra mắt với CPU MIPS VR4300
- 1998: Công ty MIPS được bán bởi Silicon Graphics
- 2021: MIPS Technologies từ bỏ kiến trúc MIPS để chuyển sang RISC-V
- 2023: GlobalFoundries mua lại MIPS Technologies
Di sản giáo dục vẫn mạnh mẽ
Các trường đại học trên toàn thế giới tiếp tục giảng dạy kiến trúc máy tính sử dụng MIPS làm ví dụ chính. Sinh viên tại UC Berkeley, University of New South Wales, Rochester Institute of Technology, và nhiều tổ chức khác vẫn học lập trình assembly thông qua các trình mô phỏng MIPS như SPIM và QtSPIM. Thiết kế sạch sẽ và bộ lệnh được tài liệu hóa tốt của kiến trúc này khiến nó trở thành công cụ giảng dạy lý tưởng để hiểu các nguyên lý cơ bản của bộ xử lý.
Thú vị là, UC Berkeley gần đây đã chuyển từ MIPS sang RISC-V trong khóa học CS61C của họ, phản ánh sự chuyển dịch rộng lớn hơn của ngành công nghiệp hướng tới kiến trúc mã nguồn mở mới hơn. Thay đổi này đại diện cho việc chuyển giao biểu tượng từ một kiến trúc chịu ảnh hưởng của Berkeley sang một kiến trúc khác.
SPIM: Một trình mô phỏng bộ xử lý MIPS thường được sử dụng trong giáo dục khoa học máy tính
Hệ thống nhúng và thiết bị mạng
Kiến trúc MIPS duy trì chỗ đứng trong các ứng dụng nhúng, đặc biệt là trong thiết bị mạng. Bộ định tuyến WiFi, modem cáp và set-top box vẫn dựa vào vi điều khiển dựa trên MIPS. Dòng sản phẩm EdgeRouter của Ubiquiti sử dụng bộ xử lý MIPS, và Microchip tiếp tục sản xuất vi điều khiển PIC32MZ dựa trên MIPS cho các ứng dụng ô tô.
Tuy nhiên, xu hướng đang chuyển hướng sang ARM và RISC-V trong các thiết kế mới hơn. Các nhà sản xuất system-on-chip WiFi lớn phần lớn đã chuyển sang lõi ARM, mặc dù quá trình chuyển đổi diễn ra từ từ do chi phí phát triển và tính chất chuyên biệt của phần cứng mạng.
Các Lĩnh Vực Sử Dụng MIPS Hiện Tại
- Giáo dục: Các trường đại học trên toàn thế giới sử dụng MIPS cho các khóa học kiến trúc máy tính
- Hệ thống nhúng: Bộ định tuyến WiFi, modem cáp, thiết bị đầu cuối
- Vi điều khiển: Dòng sản phẩm Microchip PIC32MZ cho các ứng dụng ô tô
- Mạng: Dòng sản phẩm Ubiquiti EdgeRouter
- Hệ thống cũ: Hàng trăm triệu thiết bị IoT
Thách thức kỹ thuật và đặc điểm thiết kế
Các cuộc thảo luận cộng đồng làm nổi bật những thách thức kỹ thuật độc đáo mà MIPS đặt ra cho các nhà phát triển. Các quyết định thiết kế ban đầu của kiến trúc, bao gồm branch delay slots và split HI16/LO16 relocations, tạo ra các tình huống lập trình phức tạp mà các kiến trúc mới hơn tránh được.
Trình phân tích MIPS cho nó là thách thức thuật toán khó nhất mà tôi từng giải quyết, cho đến nay. Những đặc điểm kỳ quặc của kiến trúc đó cung cấp nguồn cung cấp vô tận các trường hợp biên gây khó chịu.
Những lựa chọn thiết kế này, mặc dù sáng tạo cho thời đại của chúng, chứng minh tại sao các kiến trúc đơn giản hơn, nhất quán hơn như RISC-V đang được áp dụng. Sự phức tạp xuất phát từ việc MIPS thiếu PC-relative addressing trong các phiên bản đầu và yêu cầu các giải pháp thay thế phức tạp cho tính toán con trỏ.
Branch delay slots: Các lệnh thực thi sau lệnh branch, bất kể branch có được thực hiện hay không
MIPS so với các kiến trúc hiện đại
| Tính năng | MIPS (Thời kỳ đầu) | ARM | RISC-V |
|---|---|---|---|
| Branch Delay Slots | Có | Không | Không |
| Load Delay Slots | Có (đã loại bỏ trong MIPS II) | Không | Không |
| Địa chỉ hóa tương đối PC | Hạn chế | Có | Có |
| Trường thanh ghi nhất quán | Không | Không | Có |
| Mã nguồn mở | Không | Không | Có |
Phát triển công nghệ Trung Quốc
Có lẽ quan trọng nhất, MIPS đóng vai trò quan trọng trong phát triển bán dẫn của Trung Quốc. Họ bộ xử lý Loongson bắt đầu như các thiết kế tương thích MIPS trước khi phát triển thành kiến trúc LoongArch độc lập. Sự tiến triển này minh họa cách các kiến trúc đã được thiết lập có thể phục vụ như những bước đệm để phát triển khả năng công nghệ trong nước.
Kiến trúc bộ lệnh MIPS, bất chấp sự xoay trục chiến lược của công ty mẹ, tiếp tục phục vụ các vai trò quan trọng trong giáo dục, hệ thống nhúng và như một nền tảng cho các thiết kế bộ xử lý mới hơn. Mặc dù tương lai thương mại của nó vẫn không chắc chắn, ảnh hưởng kỹ thuật của nó vẫn tồn tại trên nhiều lĩnh vực.
Tham khảo: MIPS