Procesadores con arquitectura MIPS

En 1981, John L. Hennessy inició el proyecto de Microprocesador sin Etapas de Segmentación Interconectadas ( MIPS ) en la Universidad de Stanford para investigar la tecnología de computadoras con conjunto de instrucciones reducido (RISC). Los resultados de su investigación lo convencieron del futuro potencial comercial de la tecnología y, en 1984, se tomó un año sabático para fundar MIPS Computer Systems . La compañía diseñó una nueva arquitectura que también se denominó MIPS e introdujo la primera implementación de MIPS, la R2000 , en 1985. La R2000 se mejoró y el diseño se presentó como la R3000 en 1988. Estas CPU de 32 bits constituyeron la base de la compañía durante la década de 1980, utilizadas principalmente en la serie de estaciones de trabajo de Silicon Graphics (SGI) y, posteriormente, en las estaciones de trabajo y servidores DECstation de Digital Equipment Corporation . Los diseños comerciales de SGI se diferenciaron del MIPS de Stanford al implementar la mayoría de las interbloqueos en hardware, proporcionando instrucciones completas de multiplicación y división (entre otras). Los diseños fueron guiados, en parte, por el arquitecto de software Earl Killian, quien diseñó la extensión del conjunto de instrucciones MIPS III de 64 bits y dirigió el trabajo en la microarquitectura R4000. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

En 1991, MIPS lanzó el primer microprocesador de 64 bits , el R4000 . Sin embargo, MIPS tuvo dificultades financieras al lanzarlo al mercado. El diseño era tan importante para SGI, por aquel entonces uno de los pocos clientes importantes de MIPS, que SGI compró la compañía en 1992 para garantizar que el diseño no se perdiera. La nueva filial de SGI se denominó MIPS Technologies .

A principios de la década de 1990, MIPS comenzó a licenciar sus diseños a proveedores externos. Esto resultó bastante exitoso debido a la simplicidad del núcleo, lo que le permitió tener muchos usos que antes habrían requerido diseños de computadoras con conjuntos de instrucciones complejos (CISC) mucho menos capaces, con un número de puertas lógicas y un precio similar; ambos factores están estrechamente relacionados: el precio de una CPU generalmente está relacionado con el número de puertas lógicas y el número de pines externos. Sun Microsystems intentó lograr un éxito similar licenciando su núcleo SPARC , pero no tuvo ni de lejos el mismo éxito. A finales de la década de 1990, MIPS era una potencia en el campo de los procesadores embebidos . Según MIPS Technologies Inc., hubo un crecimiento exponencial, con 48 millones de envíos de CPU basadas en MIPS y el 49 % de la cuota de mercado total de CPU RISC en 1997. ^{[ 4 ]} MIPS tuvo tanto éxito que SGI escindió MIPS Technologies en 1998. En la década de 2000, la mitad de los ingresos de MIPS provenían de la concesión de licencias de sus diseños, mientras que gran parte del resto provenía de trabajos de diseño por contrato de núcleos para terceros.

En 1999, MIPS Technologies sustituyó las versiones anteriores de la arquitectura MIPS por dos arquitecturas: la MIPS32 de 32 bits (basada en MIPS II con algunas características adicionales de MIPS III, MIPS IV y MIPS V) y la MIPS64 de 64 bits (basada en MIPS V). Nippon Electric Corporation ( NEC ), Toshiba y SiByte (posteriormente adquirida por Broadcom ) obtuvieron licencias para la MIPS64 tan pronto como se anunció. Posteriormente, Philips , LSI Logic e Integrated Device Technology (IDT) se unieron a ellas. Hoy en día, los núcleos MIPS son uno de los núcleos más utilizados en el mercado de dispositivos informáticos: ordenadores portátiles , decodificadores, etc.

Dado que la arquitectura MIPS es licenciable, ha atraído a varias empresas emergentes de procesadores a lo largo de los años. Una de las primeras empresas emergentes en diseñar procesadores MIPS fue Quantum Effect Devices (véase la siguiente sección). El equipo de diseño MIPS que diseñó el R4300i fundó la empresa SandCraft , que diseñó el R5432 para NEC y posteriormente produjo el SR71000 , uno de los primeros procesadores de ejecución fuera de orden para el mercado de sistemas embebidos. El equipo original de DEC StrongARM finalmente se dividió en dos empresas emergentes basadas en MIPS: SiByte, que produjo el SB-1250 , uno de los primeros sistemas en chip (SOC) de alto rendimiento basados ​​en MIPS ; mientras que Alchemy Semiconductor (posteriormente adquirida por AMD ) produjo el SoC Au-1000 para usos de bajo consumo. Lexra utilizó una arquitectura similar a MIPS y añadió extensiones DSP para el mercado de chips de audio y soporte para multihilo para el mercado de redes. Debido a que Lexra no otorgó la licencia de la arquitectura, se iniciaron dos demandas entre ambas compañías. La primera se resolvió rápidamente cuando Lexra prometió no publicitar sus procesadores como compatibles con MIPS. La segunda (relacionada con la patente MIPS 4814976 para el manejo del acceso a memoria no alineada) se prolongó, perjudicó los negocios de ambas compañías y culminó con la concesión por parte de MIPS Technologies de una licencia gratuita a Lexra y un importante pago en efectivo.

Han surgido dos empresas especializadas en la fabricación de dispositivos con procesadores multinúcleo basados ​​en la arquitectura MIPS. Raza Microelectronics, Inc. adquirió la línea de productos de la empresa en quiebra SandCraft y posteriormente produjo dispositivos con ocho núcleos para los mercados de telecomunicaciones y redes. Cavium , originalmente proveedor de procesadores de seguridad, también fabricó dispositivos con ocho núcleos de CPU, y más tarde hasta 32, para los mismos mercados. Ambas empresas diseñaron sus núcleos internamente, limitándose a licenciar la arquitectura en lugar de adquirirlos de MIPS.

Entre los fabricantes que han producido sistemas de estaciones de trabajo informáticas utilizando procesadores MIPS se encuentran SGI , MIPS Computer Systems, Inc. , Whitechapel Workstations , Olivetti , Siemens-Nixdorf , Acer , Digital Equipment Corporation , NEC y DeskStation .

Entre los sistemas operativos adaptados a esta arquitectura se incluyen IRIX de SGI , Windows NT de Microsoft (hasta la versión 4.0), Windows CE , Linux , FreeBSD , NetBSD , OpenBSD , UNIX System V , SINIX , QNX y el propio RISC/os de MIPS Computer Systems .

A principios de la década de 1990, se especuló con que los procesadores MIPS y otros potentes procesadores RISC superarían la arquitectura Intel IA-32 . Esto se vio impulsado por la compatibilidad de las dos primeras versiones de Windows NT de Microsoft con Alpha , MIPS y PowerPC , y en menor medida con la arquitectura Clipper y SPARC . Sin embargo, a medida que Intel lanzó rápidamente versiones más rápidas de sus CPU de la clase Pentium , Microsoft Windows NT v4.0 dejó de ser compatible con cualquier arquitectura que no fuera IA-32 y Alpha. Con la decisión de SGI de migrar a las arquitecturas Itanium e IA-32 en 2007 (tras declararse en bancarrota en 2006 ^{[ 5 ]} ) y su adquisición por Rackable Systems, Inc. en 2009 , el soporte para el mercado de consumo MIPS/IRIX finalizó en diciembre de 2013, tal como estaba previsto. No obstante, aún existe un equipo de soporte para casos especiales y sistemas reacondicionados, que todavía están disponibles de forma limitada. ^{[ 6 ]}

Durante la década de 1990, la arquitectura MIPS fue ampliamente adoptada por el mercado de sistemas embebidos, incluyendo su uso en redes informáticas , telecomunicaciones , videojuegos arcade , consolas de videojuegos , impresoras de ordenador , decodificadores digitales , televisores digitales , módems DSL y de cable , y asistentes digitales personales .

El bajo consumo de energía y la escasa generación de calor de las implementaciones MIPS integradas, la amplia disponibilidad de herramientas de desarrollo para sistemas embebidos y el conocimiento de su arquitectura hacen que el uso de microprocesadores MIPS en aplicaciones integradas probablemente siga siendo habitual.

En los últimos años, la mayor parte de la tecnología empleada en las distintas generaciones de MIPS se ha ofrecido como núcleos de propiedad intelectual de semiconductores (núcleos IP), que sirven como bloques de construcción para el diseño de procesadores embebidos . Se ofrecen núcleos básicos de 32 y 64 bits , conocidos como 4K y 5K . Estos núcleos pueden combinarse con unidades de expansión como unidades de punto flotante (FPU), sistemas de instrucción única y datos múltiples ( SIMD ), diversos dispositivos de entrada/salida (E/S), etc.

Los núcleos MIPS han tenido éxito comercial y ahora se utilizan en numerosos dispositivos de consumo e industriales. Se pueden encontrar en los routers más recientes de Cisco , Linksys y Mikrotik, módems de cable y módems ADSL ( línea de abonado digital asimétrica ), tarjetas inteligentes , impresoras láser , decodificadores , robots y ordenadores de mano. En teléfonos móviles y PDA, MIPS no ha logrado, en gran medida, desplazar a la arquitectura ARM , la principal competidora .

Los procesadores con arquitectura MIPS incluyen: IDT RC32438; ATI/AMD Xilleon ; Alchemy Au1000, 1100, 1200; Broadcom Sentry5; RMI XLR7xx, Cavium Octeon CN30xx, CN31xx, CN36xx, CN38xx y CN5xxx; Infineon Technologies EasyPort, Amazon, Danube, ADM5120, WildPass, INCA-IP, INCA-IP2; Microchip Technology PIC32; NEC EMMA y EMMA2, NEC VR4181A, VR4121, VR4122, VR4181A, VR4300, VR5432, VR5500; Oak Technologies Generation; PMC-Sierra RM11200; QuickLogic QuickMIPS ESP; Toshiba Donau , Toshiba TMPR492x, TX4925, TX9956, TX7901; KOMDIV-32 , KOMDIV-64 , ELVEES Multicore de Rusia.

Un uso menos común de la arquitectura MIPS es en supercomputadoras con un gran número de procesadores. Silicon Graphics (SGI) reorientó su negocio, pasando de las estaciones de trabajo gráficas de escritorio al mercado de la computación de alto rendimiento a principios de la década de 1990. El éxito de la primera incursión de la compañía en sistemas de servidores, la serie Challenge basada en los procesadores R4400 y R8000 , y posteriormente en el R10000 , motivó a SGI a crear un sistema mucho más potente. La introducción del procesador integrado R10000 permitió a SGI producir un sistema, el Origin 2000 , que eventualmente se podía escalar a 1024 CPU utilizando su interconexión NUMAlink cc-NUMA. El Origin 2000 dio origen a la serie Origin 3000 , que alcanzó el mismo máximo de 1024 CPU, pero utilizando los chips R14000 y R16000 de hasta 700  MHz. Sus supercomputadoras basadas en MIPS fueron retiradas en 2005 cuando SGI tomó la decisión estratégica de migrar a la arquitectura Itanium IA-64 de Intel .

La empresa emergente de computación de alto rendimiento SiCortex presentó en 2007 una supercomputadora masivamente paralela basada en MIPS. Estas máquinas se basan en la arquitectura MIPS64 y una interconexión de alto rendimiento que utiliza una topología de grafo de Kautz . El sistema es muy eficiente en consumo de energía y computacionalmente potente. El aspecto más innovador del sistema fue su nodo de procesamiento multinúcleo, que integra seis núcleos MIPS64, un controlador de memoria de conmutación de barra cruzada , un motor de acceso directo a memoria (DMA) de interconexión , Gigabit Ethernet y controladores PCI Express , todo en un solo chip que consume solo 10 vatios de potencia, pero que tiene un rendimiento máximo de punto flotante de 6 gigaFLOPS . La configuración más potente, la SC5832, es una supercomputadora de un solo gabinete que consta de 972 chips de nodo para un total de 5832 núcleos de procesador MIPS64 y 8,2 teraFLOPS de rendimiento máximo.

Loongson es una familia de microprocesadores compatibles con MIPS diseñados por el Instituto de Tecnología Informática (ICT) de la Academia China de Ciencias . Diseñados de forma independiente por los chinos, los primeros modelos carecían de soporte para cuatro instrucciones que habían sido patentadas por MIPS Technologies. ^{[ 7 ]} En junio de 2009, ICT obtuvo la licencia de las arquitecturas MIPS32 y MIPS64 de MIPS Technologies. ^{[ 8 ]} A partir de 2006, muchas empresas lanzaron ordenadores basados ​​en Loongson, incluyendo nettops y netbooks diseñados para un uso de bajo consumo. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

En los últimos años, el chip espacial Loongson (1E04/1E0300/1E1000, 1F04/1F0300, 1J) se ha utilizado en 3 a 5 satélites de navegación Beidou.

Anunciada en 2012, ^{[ 11 ]} la familia MIPS Aptiv incluye tres productos de CPU de 32 bits basados ​​en la arquitectura MIPS32 Release 3.

Anunciada en junio de 2013, ^{[ 15 ]} la familia MIPS Warrior incluye varios productos de CPU de 32 bits y 64 bits basados ​​en las arquitecturas MIPS Release 5 y 6.