昨日晚間RISC處理器授權廠商MIPS正式發(fā)布了新一代產品Aptiv系列，包括ProAptiv、interAptiv和microAptiv三款，著力抗衡競爭對手ARM的整條產品線。著名硬件網(wǎng)站Anandtech在第一時間拿到了MIPS提供的第一手資料，本文即為Anandtech分析介紹原文的多數(shù)內容編譯版。

　　智能手機和平板電腦興起之后，英國廠商ARM憑借多種處理器和圖形核心IP授權占據(jù)了這塊市場的絕大多數(shù)份額。但ARM也不是一直在場獨角戲，和該公司差不多同齡的MIPS同樣做的是RISC處理器的授權業(yè)務。之前MIPS憑借向Broadcom（博通）和Sigma Designs等授權已經(jīng)將手伸向了家用娛樂/機頂盒等網(wǎng)絡領域。隨著ARM的興起，MIPS也逐漸在向迅速增長的移動/平板領域擴張。

　　當?shù)貢r間5月10日，MIPS正式發(fā)布了新的處理器IP核心家族——Aptiv系列。和ARM的Cortex類似，Aptiv系列產品涵蓋高端至低端所有范圍，并且瞄準的市場和提供的性能均和ARM同級產品類似，這宣告著MIPS正式進軍處理器IP授權的戰(zhàn)斗號角吹響。

　　此前MIPS最近的IP核心發(fā)布日期為2010年9月——MIPS 1074K系列。從那時至今，ARM已經(jīng)官方發(fā)布了Cortex-A15和Cortex-A7（比較奇葩的是ARM宣布Cortex-A15是在TI發(fā)表內置這款核心的OMAP 5之后）以及Cortex-A5和Cortex-M4四款產品。Aptiv系列的三個成員基本與其一對一針鋒相對。

　　性能評價方面，MIPS表示目前的標準DMIPS/MHz/核心數(shù)量可信度不高。該公司表示CoreMark更能客觀評價核心的運算能力，而MIPS產品在其中具有比ARM更高的性能。CoreMark主要通過測試讀/寫混合操作以及整數(shù)運算等性能，程序使用簡潔的ANSI C代碼編寫，在x86機器上通過gcc編譯大小不超過16K。著名網(wǎng)站Anandtech表示，MIPS對于CoreMark的偏好有一定道理，畢竟它能更好反映L1緩存以及預讀取的性能。但目前由于沒有Cortex-A15的CoreMark數(shù)據(jù)，因此仍舊采用DMIPS/MHz進行比較。

　　MIPS發(fā)布的Aptiv系列總共包括三款處理器——ProAptiv、interAptiv和microAptiv，其中前兩者可選擇多核配置，最大核心數(shù)量proAptiv為6，interAptiv為4。而最低端的microAptiv均為單核心。

　　以下三張表格有助于對比MIPS和ARM兩者全系列產品的性能，注意這里主要根據(jù)命名即產商自己給予的定位分類，而不是實際性能排序。其中Cortex-A系列對應MIPS proAptiv，Cortex-R系列對應interAptiv，Cortex-M系列對應microAptiv。

　　MIPS與ARM高端產品線核心性能對比 MIPS DMIPS/MHz/Core ARMproAptiv 3.5 Cortex-A15 2.5 Cortex-A9 1074K 2.03 74K 2.0 Cortex-A8 1.9 Cortex-A7 1.57 Cortex-A5 M24K 1.46 1.24 ARM11 1.14 ARM9 雖然MIPS將interAptiv定位于Cortex-A5/A7/A9的競爭對手，但根據(jù)其內部緩存ECC支持等一些特性，將其和Cortex-R系列性能對比更好一些，兩者官方的市場定位倒是相同——無線基帶以及汽車安全/傳動系控制等應用。

　　MIPS與ARM中端產品線核心性能對比 MIPS DMIPS/MHz/Core ARM 2.5 Cortex-R7interAptiv 1.7 1.66 Cortex-R5 34K 1.62 Cortex-R4 1004K 1.5 24K 1.46 而在微控制器核心領域，MIPS microAptiv系列的對手是ARM Cortex-M系列。

　　MIPS與ARM微控制器核心性能對比 MIPS DMIPS/MHz/Core ARMmicroAptiv 1.56 M14K 1.5 M4K 1.3 1.25 Cortex-M3/M4 0.9 Cortex-M0 0.8 Cortex-M1 下面讓我們來總覽MIPS此次新發(fā)布的處理器一些架構細節(jié)：

　　proAptiv架構總覽

　　proAptiv處理器家族可擁有1-6個物理核心，每個核心的面積均為標準Cortex-A15的一半。想必圍觀群眾已經(jīng)有人表示驚嘆，但做到這一點也不是完全不可能，此前業(yè)內已經(jīng)有部分人士覺得ARM Cortex-A15的面積比起其標稱的性能是大了點。MIPS對Anandtech表示，由于ARM對于Cortex-A15的具體規(guī)格沒有嚴格規(guī)定，所以面積值只是估計。一半面積的比值是在移去Cortex-A15中NEON的面積值之后得來，并且MIPS proAptiv中類似模塊32bit SIMD引擎（DSP ASE）非可選部分而是必定集成。

　　每個proAptiv核心都是一顆超標量（superscalar）架構并支持亂序執(zhí)行的CPU，單周期可進行4條整數(shù)以及2條浮點操作。多重級別TLB（頁表緩沖）的應用以及支路緩存/預測的改進使得proAptiv對比上代1074K系列性能提高超過60%。而FPU部分具有dual-issue特性，運行頻率和CPU相同。

　　proAptiv和interAptiv家族還引入了EVA（Extended Virtual Addressing，擴展虛擬化尋址）技術用來更好地管理可用空間。類似于Cortex-A15，這些IP具備一個coherence manager以及整合的L2緩存控制器并支持ECC。不同之處是Cortex-A15的設計極限支持32核心，而proAptiv家族最多支持6個。有意思的部分是proAptiv的Coherent Processing System（CPS）可根據(jù)負載控制各個核心的電壓/頻率等，類似于ARM在Cortex-A15中引入的big.LITTLE大小核心節(jié)能策略。但有一點不同：Cortex-A15中的節(jié)能狀態(tài)運行核心是2個低功耗的Cortex-A7，抑或TI在OMAP 5中使用的Cortex-M4。而MIPS的proAptiv家族由于每個核心都能在超低電壓/頻率下工作，因此節(jié)能核心就是其自身，并且每個核心的面積也小于Cortex-A15。

　　架構對比 MIPS proAptiv ARM Cortex-A9 高通Krait ARM Cortex-A15 Decode 3-wide 2-wide 3-wide 3-wide 流水線深度 13級 8級 11級 15級 亂序執(zhí)行 支持 支持 支持 支持 管線化FPU 有 有 有 有 多媒體處理引擎 32bit DSP ASE 可選64bit MPE 128bit NEON 可選128bit MPE 制程工藝 40nm/28nm 40nm/32nm 28nm 28nm 典型運行頻率 1.2GHz 1.2GHz 1.5GHz 2.5GHz 對于嵌入式應用，proAptiv的著重點是對于功耗的敏感性，此時proAptiv的最大運行頻率預計只有1.5GHz左右。Anandtech稱根據(jù)MIPS的最新表態(tài)，1.2GHz的典型運行頻率是在臺積電40nm工藝的最差情況下取得。如采用同樣的28nm HP/G制程，proAptiv與Cortex-A15的極限頻率相當，均為2.0-2.5GHz。

　　interAptiv與microAptiv架構總覽

　　interAptiv產品家族最大的特點是支持超線程——目前ARM還沒有一款產品引入超線程技術。隨著采用Intel Medfield Atom產品的智能設備上市，引入超線程技術對于目前日常使用的負載下性能的提升可謂非常有利。

　　MIPS稱3個interAptiv核心的性能表現(xiàn)類似或略微超過2個Cortex-A9/3個Cortex-A5核心，核心面積綜合三者也大致相當。當然MIPS著重宣傳的CoreMark測試分數(shù)interAptiv肯定占優(yōu)勢。而interAptiv家族產品中CPU執(zhí)行管線為多個線程所共享，可減輕內存訪問延遲對于性能的沖擊程度。

　　MIPS將進程解釋為VPE（Virtual Processing Elements），interAptiv核心的流水線深度為9級，不支持亂序執(zhí)行。而支持多線程的IEEE 754標準FPU為可選項，具體廠商/用戶可根據(jù)自己需求定制。此外DSP ASE多媒體處理引擎以及EVA擴展尋址技術也同樣為可選模塊。節(jié)能技術部分interAptiv和proAptiv同樣應用CPS系統(tǒng)。但與proAptiv對比，interAptiv核心架構的節(jié)能技術更進一步，核心可以在低負載下完全關閉：頻率降為0并且L1指令+數(shù)據(jù)緩存可在此時智能選擇，而proAptiv只能智能選擇L1指令緩存。

　　如使用臺積電40nm G工藝制造，interAptiv產品家族最高頻率可達1GHz并附帶一切模塊和超線程功能，如放棄超線程功能中的硬件調度部分頻率可達1.2GHz，最后如果去掉多媒體處理引擎頻率可沖至1.5GHz。MIPS表示這些參考值為“天之魔魂”頻率，此時功耗比處于最佳狀態(tài)。當然這僅僅是授權標準，實際產品如何取舍由用戶自行選擇。

　　而應用于工業(yè)微控制領域最底端的microAptiv系列產品為此前M14k/c的“軟件優(yōu)化”版，支持microMIPS代碼壓縮。由于整合了DSP ASE引擎，信號處理可在更低成本下完成。

　　這種5級流水線的架構核心頻率在65nm LP制程下最高可達400MHz，MIPS同時給出了和Cortex-M4的對比：

　　當然，對比Cortex-M4多出來一堆特性面積上肯定也要更大：在90nm LP制程工藝的條件下，ARM給出的數(shù)據(jù)是Cortex-M4的面積為0.17平方毫米，而無緩存版microAptiv MCU的面積為0.42平方毫米。但MIPS對Anandtech稱上述數(shù)據(jù)非同條件對比，在90nm LP工藝面積優(yōu)化過后microAptiv只比Cortex-M4面積大0.01平方毫米?？傊@點公說公有理婆說婆有理，不管大多少反正只要有附加特性肯定得用多余的面積來換。

　　雜談與總結

　　MIPS于2010年9月發(fā)布了1074K系列處理器，直到現(xiàn)在也只有一家廠商推出了實際的產品。雖然有不少家簽署了IP授權協(xié)議，但基于1074K的SoC處理器僅此一款——eSilicon去年宣布基于GlobalFoundries 28nm制程工藝的1074K產品流片完成，但離最終產品上市還至少有兩年的時間。這一點對于ARM也是同樣，Cortex-A15早在2011年2月就已宣布，實際產品上市要等到2013年初。

　　雖然高端的proAptic核心能帶來和Cortex-A15相當?shù)男阅?，但不得不遺憾地說MIPS的參與實在有點晚了，來晚的參與者如果沒有帶來性能上的優(yōu)勢那就會成為劣勢。幸運的是，MIPS產品的整體功耗更低，和ARM產品面向的市場有一些不同。但更大的劣勢在于市場中和MIPS簽署授權協(xié)議的廠商過少，不過由于兩大巨頭高通和博通均具有授權，在這個移動設備飛速發(fā)展的時代它們可能會利用MIPS產品填補ARM的空缺。（編者按：其實對于龍芯也同樣是一個機遇）

　　盡管Google同樣也把目光投向了MIPS，近期Android NDK更新后用新版開發(fā)工具做出的程序不會再在MIPS平臺出現(xiàn)兼容性問題而無法運行。但夾在ARM與x86兩大陣營之間的MIPS顯然空間并不是太大，MIPS最好的方法就是不要放棄并繼續(xù)耕耘市場，推出更高性能的核心和嘗試打入中低端智能手機/平板電腦市場就是一個好手段。幸運的是，君正這個MIPS的合作伙伴正在不斷努力，還聯(lián)合艾諾推出了全球首款Android 4.0平板電腦。

　　不管怎么說，這次發(fā)布的新proAptiv系列產品對于用戶還是有幾個亮點的，特別是在家用網(wǎng)絡設備和機頂盒領域。這些地方本來就是MIPS而非ARM的強項，而proAptiv的不俗性能也增加了MIPS進軍消費級市場的底氣。此外interAptiv和microAptiv系列對比ARM的定位相當產品性能具有優(yōu)勢：interAptiv具有超線程技術，microAptiv具有集成的強力DSP引擎。在開拓新市場方面兩者具有不小的優(yōu)勢。

　　預計proAptiv和interAptiv系列核心將于2012年中期開始進入正式生產階段，而microAptiv現(xiàn)在就可進行生產。MIPS已經(jīng)與多家廠商結成了戰(zhàn)略合作關系以推廣自家IP和技術，并推動SoC的研發(fā)速度。我們將繼續(xù)關注基于MIPS架構SoC處理器的進展方向，希望其能盡快拿出實物。