曾经三分天下有其一的MIPS指令集/公司的兴衰就是集成电路IP领域一个典型的案例。
第一块MIPS芯片1981年诞生于斯坦福大学,以此为基础于1984年成立MIPS公司,风雨40年,两度IPO、六次被出售和收购,2022年破产重组后的新MIPS公司放弃了MIPS指令集和构架,转向RISC-V指令集和构架,并成为RISC-V Interntational Fund的理事会成员。
MIPS公司名称依旧在,只是放弃了MIPS指令集。一个MIPS消亡,一个MIPS新生。
今天我们来看看第一代RISC指令集MIPS的兴衰历史。
芯片(集成电路)包括软件和硬件组成,软件的核心是指令集(ISA),硬件的电路运行由这些指令集定义和指挥。
简单解释下指令(Instruction)、指令集(ISA)、构架(Architecture)和IP:指令集是一门语言的语法集合;每一条语法规范就是一条指令;构架就是CPU设计结构,类似遵循该语法写成的一篇文章的结构;IP就是设计这个CPU的知识产权,相当于这篇文章的版权。
上面是以汇编语言表达的一条MIPS指令,这条指令的意思是,求寄存器7和8上的数据和,并把结果存在寄存器12。下面是用二进制语言表达这条MIPS指令,共32位/字节。
MIPS一共只有111条总指令,都用32位二进制表示。
指令集可以分为复杂和精简两类,两者代表两个不同的设计思路。简单地说,复杂和精简指令集都是软件,但一个对硬件要求更多更高,一个则对硬件要求更少更低。越复杂的指令集、越能精准实现某些功能。而指令集的运行也要有匹配的集成电路元器件,因此指令越复杂,配合做功的物理器件也越复杂庞大,适合复杂庞大的硬件场景;指令集越简单,降低了软件对硬件的要求,更适合小型化、简单化的硬件场景。
很自然,复杂指令集(CISC,Complex Instruction Set Computer)最早出现,用专用而复杂的一组指令来完成/执行某个具体任务或者功能,因为专用精准而性能高,以Intel的X86指令集为成功代表,因其特点,主要用在台式机和服务器领域。
复杂指令集,复杂而庞大,于是有人就想到是否可以更加精简一些,找出那些通用的指令进行优化精简,而那些专用的依然用打包的方式处理,基于这种思路,于是出现了精简指令集(RISC,reduced instruction set computer),以高效率为比较优势,其成功的代表按照商业化时间先后和代际,分别有MIPS、ARM和RISC-V,因其特点,主要用在移动和物联网领域。
目前的计算机指令集就大体包括这两种,即出现于1960年代的复杂指令集(CISC),出现于1980年代的精简指令集(RISC),前者由Intel的X86独步江湖,而后者不断迭代出现新的代际代表:MIPS、ARM、RISC-V等。
MIPS(Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages),意思是“无内部互锁流水级的微处理器”,其关键思想是尽量利用软件办法避免流水线中的问题,而不使用硬件锁,从而减少对硬件的要求。
复杂指令集经过近20年的磨砺不断进步,到了1980年代,基于复杂指令集(CISC)的X86架构阵营的IBM和微软如日中天。
MIPS诞生于斯坦福大学一个超大规模集成处理器构架(VLSI processor architecture)科研项目的一部分,美国斯坦福大学约翰·轩尼诗教授(John Hennessy)与所带领的一班研究生经常围绕此项目头脑风暴,1981年John Hennessy发布了第一款MIPS芯片。在此基础上,斯坦福大学的有关科研人员1984年成立了MIPS计算机系统公司(MIPS Computer Systems Inc.)。
中间为John Hennessy4年后,即1985年,Acorn Computers(艾康电脑)才孵化出来Acorn RISC Machine构架,简称为ARM。因此,MIPS甫一诞生,就是瞄准了X86开干的,以其精简指令集(RISC)之“高效率”/effciency,对抗着X86的“高性能”/performance,并迅速占领了一席之地。
1988年,生产图形芯片的上市公司Silicon Graphics Inc.在其生产的计算机上采用IMPS指令集构架。到1989年,其时美国主流的计算机企业Digital Equipment Corporation (DEC) 也宣布采用其指令集构架。MIPS生产的芯片还被Sony和Nintendo的游戏机发扬光大,爱普生、日本电器等等知名企业也都成为其客户。
得到主流企业和市场认可后的MIPS公司业务突飞猛进,1989年12月21日,在万众期待之中,MIPS公司上市,上市首日市值3.52亿美元。
有了资本的加持,1991年,MIPS推出了世界上第一款64bit的处理器R4000,而ARM则直到2012年的V8架构才开始大范围推广64bit处理器设计,MIPS领先了22年。
MIPS的发展也迅速引起了巨头的注意,当它进军服务器领域时,英特尔也只能下场肉搏,抛弃X86 架构,推出 Intel Architecture 64 架构的安腾(Itanium)系列服务器级 CPU硬杠,而微软干脆将Windows移植到MIPS。
然而,由于成本(资金)的限制,一分钱难倒英雄汉,MIPS还是无法与市面上的大公司抗衡,开始陷入研发困境。1992年,上市公司Silicon Graphics Inc.(SGI)并购了陷入困境的MIPS Computer Systems Inc.,并以此为基础成立了MIPS技术公司(MIPS Technologies Inc.),MIPS公司私有化退市。SGI支持MIPS在90年代推出了几代R系列处理器,并靠PlayStation、PlayStaion2和任天堂这样的家用游戏机实现了上亿的CPU销量,但始终未能在主流市场的PC/服务器应用上超越X86。
20年后回头看,作为复杂指令X86有其优势应用领域,而MIPS也一样有其优势应用领域,这由各自的设计理念以及由此决定的各自优势和弱势决定。
SGI随后决定放弃MIPS,转向IA-64位架构的开发。1998年,SGI剥离MIPS Technologies Inc.。当年MIPS选择了再度IPO寻求融资支持,但被SGI抛弃后的MIPS上市首日市值只有1.63亿美元,市场的估值反映了对其商业价值的判断,MIPS已经走下坡路。
但在整个1990年代,MIPS不断开疆拓土,奠定了与 X86、ARM 三分天下的格局。
但MIPS诞生的理念决定了其应用优势适配在小的硬件上,而X86适合大的硬件PC和服务器上。MIPS始终未能在PC和服务器市场干过Intel。
2000年以后,移动领域开始蓬勃发展,直到2007年以后,智能手机降临,ARM开始迎来高光时刻,它瞄准嵌入式低功耗领域,联合高通、苹果、联发科等公司面向智能手机市场打造移动处理器芯片,迅速抢占市场,诺基亚、微软都败下阵来,而MIPS,依然沉浸在高清盒子、打印机等小众产品市场,尚未意识到RISC的优点其实并不是“高性能”,而是“高效率”。
一是在技术路线上,继续坚持在中高端的高能耗领域与英特尔等巨头等肉搏,没有意识到智能手机的发展路线集中在低能耗区域。
二是在商业模式上:MIPS主要采取了指令集架构授权模式而非IP授权模式。虽然这样更加开放,但它在未充分占领市场的前提下,这种授权模式导致客户各自为战,纷纷自行设计MIPS核心、添加指令、发布开发工具,碎片化严重,难以形成统一的生态。
ARM则主要采取IP授权模式,通过降低授权费用,设计优化调试环境,吸引了大批企业、学校参与,从而构建了巨大的ARM开源软件库,抢占了市场,丰富了生态,同时IP授权又避免了互不兼容问题。
三是,2008年,金融危机之下,MIPS出现亏损,经营不善的MIPS架构的改朝换代缓慢,难以跟上移动时代的步伐,MIPS迎来了落寞,一块肥肉众人盯,逃脱不了被分食的命运。
2010年,代表移动互联网大时代来临的爆款智能手机IPHONE4发布面世。在这移动互联网风起巅峰时刻,2013年,MIPS被以合计4.1亿美元的总价被Imagination Technologies Group plc. 和ARM的母公司分别收购。
Imagination Technologies Group plc.前身是一家名为Video Logic的公司,Video Logic成立于1985年,主营业务是图形与音频加速等方面,即主做GPU,想收购MIPS发展CPU以构筑竞争优势与INTEL搏杀市场,以6000万美元收购MIPS Techenologies Inc.的运营实体和82项MIPS构架的关键专利技术。收购MIPS公司后,Imagination Technologies又在欧美收购了数家从事WiFi和射频产品开发的中小规模企业,形成了PowerVR GPU、MIPS CPU、通信和无线连接产品三大主营业务。
同时,ARM的母公司Bridge Crossing LLC 集团和ARM组成的联合财团收购了MIPS另外498项专利,对价3.5亿美元,其中ARM出资1.5亿美元。
这对MIPS来说是致命的拆分和出售,也意味着MIPS的丧钟。
MIPS实际上已经一分为二了,大部分专利卖给了ARM体系,少数专利和运营实体卖给了Imagination Technologies Group plc.。ARM和MIPS同属于RISC家族,设计理念、指令集和比较优势的应用场景接近或者是一样的,所以被ARM收购是其剩余价值。
于ARM来说,MIPS的专利相当有价值,特别是64位和多线程相关的专利。因为ARM的64位架构跟MIPS 64位有70-80%的相似度,如果此时不参与收购,那么日后很可能陷入和MIPS专利拥有者长久的专利诉讼战,仅仅只用3.5亿美元就解决这个潜在的隐患,ARM非常乐意。但此拆分出售导致了MIPS的彻底衰落和ARM的独霸移动市场。ARM在开疆拓土中,没有了MIPS专利障碍了,MIPS公司的RISC壁垒被拆除了。
两个收购方还就这些专利达成了交叉授权协议:Imagination Technologies Inc.获得498项剥离专利的终身免费授权,Bridge Crossing则得到82项保留专利的限制性授权。
随后,收购后,Imagination Technologies不仅获得了MIPS的部分专利,同时也获得了MIPS多年来积累的生态系统资源,由于Android对MIPS架构的支持,让MIPS在以手机为代表的移动终端占据了不少市场。托身于Imagination Technologies Group plc.的MIPS实体公司继续进军移动互联网,并获得不错的发展。
2017年4月,苹果宣布两年内弃用Imagination Power VR图形技术,并终止专利费支付,全面转向自主CPU/GPU研发。大客户说再见,令Imagination Technologies的发展陷入困境,这给了Imagination Technologies,也给了MIPS公司致命一击。Imagination Technologies赶忙剥离MIPS聚焦于自主的传统GPU业务以自保,而MIPS公司在RISC专利壁垒被拆除了,实体也被母公司弃车保帅了。
陷入财务困境的Imagination Technologies Group plc.想先把MIPS卖掉以缓解财务困难,但并没有卖成。2017年9月24日,困境中的Imagination Technologies Group plc.以5.5亿英镑(约49亿元人民币)出售给美国注册的中国私人资本Canyon Bridge Capital,由于地缘政治的因素,Imagination Technologies Group plc.旗下的嵌入式处理器部分的MIPS则以6500万美元出售给Tallwood MIPS,Tallwood MIPS由美国加州投资公司Tallwood Venture Capital间接拥有。即,Imagination Technologies Group plc.的GPU业务卖给了Canyon Bridge Capital,CPU/MIPS业务卖给了Tallwood Venture Capital。
这意味着在移动互联网巅峰时代,MIPS出局。5年后,龙芯中科也采取了类似的策略,抛弃MIPS公司,自主研发。
到这里,嵌入式处理器MIPS业务和实体已经辗转到了Tallwood Venture Capital手中控制,苟延残喘。
此时,硅谷一家诞生于2010年、尚不知名的人工智能芯片初创企业Wave Computing Inc.刚刚成为MIPS的客户,想依靠MIPS来开发其第二代人工智能芯片。
Wave Computing Inc.认为,MIPS在AI以及AIoT时代会迎来新的机遇,和其它指令集在相同的起跑线上,并且MIPS的技术优势适合与AI结合。2018年6月,Wave Computing Inc.从Tallwood Venture Capital手中收购了MIPS。此时,虽然MIPS大多数专利被ARM收购了,但是仍有350多项专利。此时,双方各有100名左右员工,收购后合计200人的团队规模。
收购后,Wave Computing Inc.大开大合,宣布开放MIPS架构,要在AIot芯片市场占有一席之地。2018年底,2019 年初,前 MIPS 授权许可业务总裁 Art Swift 正式接任 Wave Computing CEO 一职,并提出 MIPS OPEN 计划,将最新的R6指令集进行开源,帮助已逐渐边缘化的MIPS指令集架构重回正轨,也像 RISC-V 那样通过免费与开放战略吸引到更多企业客户与开发者。MIPS 开源的举措,在当时被认为既向ARM示威,又向RSIC-V宣战,更为即将开始的IoT时代做好准备。
2018年12月,Wave Computing Inc.把MIPS中国市场的永续、专营许可权和修改权限授权予上海芯联芯公司,中国市场与Wave Computing Inc.再无关联,而Wave Computing Inc.也获得一笔不菲的受让费。
Wave Computing Inc.时运不济,自身陷入困境,于2020年4月申请破产。刚刚执掌公司不到半年的 CEO Art Swift 宣布离任,这位MIPS 铁杆人物的出走也让业界对 Wave Computing 及 MIPS OPEN 的发展打上了一个大大的问号,更使MIPS开源社区的士气大受打击。另外,据称Wave的AI数据流处理器也存在性能问题。
而Tallwood Venture Capital成为破产重组战略投资人,重组报价为6100万美元,重新获得MIPS公司实体。破产重组结束后,Wave Computing Inc.被更名为 MIPS Technologies Inc.,但新的MIPS Technologies Inc.公开声明,已经不采用MIPS指令集和构架,而是开发基于RISC-V的” 第八代标准体系结构”。它还成为了RISC-V International基金会的一员。
这意味着MIPS在中国之外的终结,不仅是公司实体没了,而且完整的MIPS指令集,也被RISC-V干掉了,尽管RISC-V与MIPS同属RISC家族,但MIPS已经成为前浪,被拍倒在沙滩上了。
当然,新的MIPS将继续遵守重组前已签署的现有许可协议,这意味着被许可方仍可以合法地制造基于MIPS的芯片,并且仍必须向MIPS支付特许权使用费。但是新的“MIPS”还会为现有的基于MIPS的设备进行技术支持吗,挺难了。
在中国区,时光机的剩余价值依然还在,MIPS的故事还在延续。
MIPS的倒下,有一个最大的受害者,那就是龙芯中科,因为在MIPS的开源社区,龙芯中科是社区维护的鼎力支持者。
2002年,龙芯起步的时候,采用MIPS架构,但未经MIPS公司的授权,遭到侵权的控告,当时主要是因为龙芯没钱。
2006年,为了规避知识产权风险,龙芯转而与获得MIPS授权的意法半导体公司达成合作,从而间接获得MIPS架构处理器的许可使用权。
2009年6月,龙芯与MIPS达成和解(花了大概500万美元),得到了MIPS的正式授权。
到了2010年,受世界经济危机影响,当时的MIPS股价跌至4.95美元/股,普通股总计4600万股,市值2.277亿美元。当时的龙芯想收购MIPS20%的股权,并派驻一名龙芯代表出任 MIPS公司董事,美国方面的回复是“这个想法很无知”。
后来2011年、2017年龙芯中科又与MIPS公司分别签署了MIPS技术许可合同,继续获得授权。
随着MIPS的江河日下,与其在一个日益萎缩的生态里混江湖,还不如另起炉灶,2020年8月龙芯中科推出了自主设计的CPU指令集——LoongArch,宣布不再采购MIPS指令集,彻底和MIPS画上了句号,单飞了。此时,龙芯中科已经被逼走上了单打独斗的格局,基于其自主指令集,建立一个独立的、新的生态。好在龙芯中科2022年6月登陆上海科创板,为持久发展搭建了资本平台,有了融资渠道。
MIPS倒下和龙芯中科的起义,让上海芯联芯(CIP United)很受伤。
2018年底,上海芯联芯花了大价钱搞到MIPS指令集在中国的独占经营权,本来吃着龙芯中科这个大户管个半饱,可这个中国最大的MIPS客户龙芯换了自主的LoongArch,一场空。
上海芯联芯立即发起了多地诉讼,但并未获得法院支持。
MIPS架构的MIPS公司已经画上了句号。新的MIPS公司拥抱了RISC-V,RISC-V这个阵营变得越来越强大。在国内,芯徕科技主攻RISC- V IP和生态建设,获得多轮国内一线机构的投资加持,越来越有吸引力,众多中国企业采取了RISC- V IP。
MIPS公司的倒下和转型RISC-V,龙芯中科的起义,MIPS在全球就剩下中国市场的上海芯联芯了。目前,芯联芯拥有MIPS架构中国大陆和港澳地区独家经营权以及全世界销售权。芯联芯相信,MIPS构架非常合适物联网应用低带宽、低功耗、远距离、大量连接这些特性。这没错,ARM和RISC-V也具有这样的特性。ARM也历史悠久,仅仅比MIPS小4岁,占据着移动互联网和物联网应用的近90%市场份额。RISC-V正在兴起,并期待以开源和生态的力量,蚕食ARM的份额。
尽管万物进化是不可忤逆的铁律,但万物生而又都追求永续发展,事后诸葛亮来看,从MIPS的兴衰中,我们还是可以看到一些警示。这些警示是个案的,在具体场景和故事下产生的,也就是不一定可以照搬,但可以警醒。
1.树立产品理念、明确产品定位与深耕应用场景。这是理念先行的产品,源于实验室,明确自己的产品设计理念、据此离析出市场定位和场景优势;发挥优势,而不是竞争中用弱势进攻对方的优势,MIPS苦战PC和服务器市场就是这样的故事。
这需要有远见和前瞻洞察,每个人每家机构都会面临历史局限性,能否突破这一认知局限,是能够形成长期主义和战略定力的关键。我们认知的局限往往来自于Unknown Unknown,即我们不知道我们不知道,RISC诞生即为反CISC而来,以替代后者而生,但实际上各有场景优势,PC时代MIPS死磕CISC的场景还可理解,移动时代依然死磕,而没有放下身段,适应移动互联网时代的需求,就错付了与生俱来的优势了。
而同为RISC家族的ARM却是明确、坚守、深耕,演绎了一个移动互联网和物联网时代成功的故事。
2.市场策略僵化,没能与时俱进,抓住移动互联场景。万物生生,进化才能可持续、永续。MIPS没有了,但它的灵魂还在,大部分被ARM吸纳了。MIPS没有了,是因为没能抓住时代的需求和机会、推出有适合移动互联网竞争力的产品。而ARM采用了IP授权和、低端和低价策略,与新兴的互联网时代玩家一起成长,从而占领了手机和平板电脑的场景,成为移动互联网时代的IP之王。我们常常说卖IP的比卖产品的处于商业模式和价值链的更高端。
3.没有抓住新机会的重要原因之一,是商业模式局限和策略僵化。ARM走IP授权+低价模式,扩大了生态规模和抓住了移动互联网新兴玩家群体。而MIPS走指令集授权模式,IP授权和指令集授权有一个临界点,IP授权更有利于巩固和形成大的生态,而指令集授权到了一定规模后,各自为阵、难以扩大生态规模,中心和分布生态是对立统一的联系,更强的中心可以hold住更大的生态。而ARM更低的价格,抓住了移动互联网时代新兴玩家群体,可以称为降维打击。而MIPS一直在高端PC和服务器领域与X86和Intel、AMD死磕,一直升维进攻。
3.没有抓住新机会的重要原因之二,是资本不足。一分钱难倒英雄汉,指令集开发人才密集和资本密集产业,技术和产品竞争的背后,是人的竞争,人的竞争背后是资本的竞争,人是趋利的动物,人在没有摆脱自我释放的物质和非物质的约束之前,资本是驱动人才的硬通货,所以不以赚钱为目的的人往往会有突破性成功,而芸芸大众要靠物质驱动。MIPS的衰败,有市场定位的因素、有市场定位背后的产品定位因素,产品定位背后是研发,研发背后是人,人的背后是资本。大把现金、资本,永远是科技竞争力释放的阀门。科技企业尤其要重视融资发展、上市发展。
4.没有抓住新机会的重要原因之三,是被短期资本玩坏了,核心IP被资本拆分卖了。MIPS不断被卖、被分食,还被竞争对手分食,这是在资本逐利下发生的,也是MIPS股东为生存而作出的选择。而资本的选择也是驱动进化的一种力量,那就是MIPS被蚕食了。
5.单一大客户和客户集中的风险,成也萧何,败也萧何。苹果的抛弃直接导致MIPS被股东Imagination Techonlogies Inc.拆分、把主要代码卖给了竞争对手ARM,这既是资本自寻出路,也是产品自找死路。
ISA老炮/宗师John HennessyMIPS的创始人John Hennessy,1952年出生,1977年成为斯坦福大学教师,是MIPS指令集的发明者之一,1981年搞出第一块MIPS芯片,1999年出任斯坦福大学第十任校长,任职17年,为学校募集资金170亿美元,学校在全美排名从TOP10上升到TOP5,2017年获得图灵奖, 图灵奖(A.M. Turing Award)由美国计算机协会(ACM)于1966年设立,专门奖励那些对计算机事业作出重要贡献的个人。目前,从学校退休的John Hennessy是谷歌母公司 Alphabet 的董事会主席。