معالجات معمارية MIPS

📅 آخر تحديث: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

منذ عام 1985، تم تصميم واستخدام العديد من المعالجات التي تطبق إصدارًا ما من بنية MIPS على نطاق واسع.

معالجات MIPS الدقيقة

معالج MIPS ذو البنية الأنبوبية ، يوضح المراحل الخمس: جلب التعليمات، فك تشفير التعليمات، التنفيذ، الوصول إلى الذاكرة والكتابة مرة أخرى.

أُعلن عن أول معالج دقيق من نوع MIPS، وهو R2000 ، في عام 1985. وقد أضاف تعليمات الضرب والقسمة متعددة الدورات في وحدة مستقلة نوعًا ما على الشريحة. كما أُضيفت تعليمات جديدة لاسترجاع النتائج من هذه الوحدة إلى ملف سجلات المعالج ؛ وكانت تعليمات استرجاع النتائج هذه مترابطة .

كان بالإمكان تشغيل معالج R2000 بنظامي big-endian أو little-endian . احتوى على واحد وثلاثين سجلًا للأغراض العامة، كل منها 32 بت، لكنه افتقر إلى سجل الحالة ( سجل رمز الحالة (CCR)، الذي اعتبره المصممون عنق زجاجة محتملًا)، وهي ميزة يشترك فيها مع معالجات AMD 29000 و DEC Alpha و RISC-V . على عكس السجلات الأخرى، لا يمكن الوصول إلى عداد البرنامج بشكل مباشر.

كان معالج R2000 يدعم ما يصل إلى أربعة معالجات مساعدة، أحدها مدمج في وحدة المعالجة المركزية الرئيسية (CPU) ويتولى معالجة الاستثناءات والمشاكل وإدارة الذاكرة، بينما تُترك المعالجات الثلاثة الأخرى لاستخدامات أخرى. ويمكن شغل أحد هذه المعالجات بوحدة الفاصلة العائمة الاختيارية R2010 (FPU)، التي تحتوي على 32 سجلًا من 32 بت، يمكن استخدامها كـ 16 سجلًا من 64 بت للدقة المزدوجة.

خلف معالج R3000 معالج R2000 في عام 1988، مضيفًا ذاكرة تخزين مؤقتة بسعة 32  كيلوبايت (سرعان ما رُفعت إلى 64  كيلوبايت) للتعليمات والبيانات، ودعمًا للمعالجة المتعددة للذاكرة المشتركة عبر بروتوكول تماسك ذاكرة التخزين المؤقت . ورغم وجود بعض العيوب في دعم المعالجة المتعددة في R3000، فقد استُخدم بنجاح في العديد من الحواسيب متعددة المعالجات الناجحة. كما تضمن R3000 وحدة إدارة ذاكرة مدمجة (MMU)، وهي ميزة شائعة في وحدات المعالجة المركزية في ذلك الوقت. ومثل R2000، كان من الممكن إقران R3000 بوحدة معالجة الفاصلة العائمة R3010 . وكان R3000 أول تصميم ناجح بتقنية MIPS في السوق، حيث تم إنتاج أكثر من مليون وحدة منه. أما R3000A، وهو إصدار أسرع من R3000 يعمل بتردد يصل إلى 40 ميجاهرتز  ، فقد حقق أداءً بلغ 32 مليون تعليمة في الثانية (MIPS)، أو وحدة أداء VAX (VUPs). كان معالج R3051 المتوافق مع معيار MIPS R3000A، والذي يعمل بتردد 33.8688 ميجاهرتز، هو المعالج المستخدم في جهاز سوني بلاي ستيشن، على الرغم من أنه لم يكن مزودًا بوحدة معالجة الفاصلة العائمة (FPU) أو وحدة إدارة الذاكرة (MMU). وتشمل التصاميم من جهات خارجية معالج R3400 من شركة Performance Semiconductor ومعالج R3500 من شركة IDT ، وكلاهما من معالجات R3000A مع وحدة معالجة الفاصلة العائمة R3010 مدمجة. أما معالج R3900 من شركة توشيبا ، فكان أول نظام متكامل على شريحة (SoC) لأجهزة الكمبيوتر المحمولة المبكرة التي تعمل بنظام التشغيل Windows CE . وهناك نسخة مقاومة للإشعاع مصممة للاستخدام في الفضاء الخارجي، وهي معالج Mongoose-V ، وهو معالج R3000 مزود بوحدة معالجة الفاصلة العائمة R3010 مدمجة. 

طوّرت سلسلة R4000 ، التي صدرت عام 1991، معمارية MIPS لتشمل تصميمًا كاملًا للكلمة 64 بت ، ونقلت وحدة الفاصلة العائمة (FPU) إلى الشريحة الرئيسية لتشكيل معالج دقيق أحادي الشريحة، وتميزت بتردد ساعة عالٍ آنذاك بلغ 100  ميجاهرتز عند طرحها. مع ذلك، ولتحقيق هذا التردد، تم تقليص حجم ذاكرة التخزين المؤقت إلى 8  كيلوبايت لكل منها، واستغرق الوصول إليها ثلاث دورات. وقد تحققت معدلات الساعة العالية من خلال تقنية التجزئة العميقة (التي كانت تُسمى آنذاك التجزئة الفائقة ). تبعها معالج R4400 المُحسّن عام 1993، والذي تميز بذاكرة تخزين مؤقت أساسية أكبر حجمًا تبلغ 16  كيلوبايت، وتشغيل 64 بت خالٍ من الأخطاء إلى حد كبير، ودعم ذاكرة تخزين مؤقت من المستوى الثاني (L2) أكبر.

صممت شركة MIPS، التي أصبحت الآن قسماً من شركة Silicon Graphics (SGI) تحت اسم MTI، المعالج R4200 منخفض التكلفة ، والذي شكل الأساس للمعالج R4300i الأرخص ثمناً. واستُخدم معالج NEC VR4300، وهو مشتق من هذا المعالج الدقيق، في جهاز ألعاب نينتندو 64. [ 1 ]

منظر من الأسفل لغلاف جهاز R4700 Orion مع شريحة السيليكون المكشوفة، من إنتاج شركة IDT ، وتصميم شركة Quantum Effect Devices
منظر علوي لحزمة R4700 Orion

صممت شركة Quantum Effect Devices (QED)، وهي شركة مستقلة أسسها موظفون سابقون في شركة MIPS، معالجات R4600 Orion و R4700 Orion و R4650 و R5000 . في حين أن معالج R4000 ركز على زيادة تردد الساعة على حساب سعة الذاكرة المؤقتة، فقد ركزت تصاميم QED على ذاكرة مؤقتة كبيرة يمكن الوصول إليها في دورتين فقط، بالإضافة إلى الاستخدام الأمثل لمساحة السيليكون. استُخدم معالجا R4600 وR4700 في إصدارات منخفضة التكلفة من محطة عمل SGI Indy ، بالإضافة إلى أولى أجهزة توجيه Cisco القائمة على معالج MIPS، مثل أجهزة التوجيه من سلسلة 36x0 و7x00. أما معالج R4650 فقد استُخدم في أجهزة استقبال البث التلفزيوني عبر الإنترنت (WebTV) الأصلية (التي تُعرف الآن باسم Microsoft TV). كانت وحدة معالجة الفاصلة العائمة R5000 تتمتع بجدولة أكثر مرونة للفاصلة العائمة أحادية الدقة مقارنةً بوحدة R4000، ونتيجةً لذلك، تفوقت معالجات SGI Indy المبنية على R5000 بشكل ملحوظ في أداء الرسومات على معالجات R4400 Indy ذات التردد المماثل والمزودة بنفس مكونات الرسومات. أطلقت SGI اسمًا جديدًا على لوحة الرسومات القديمة عند دمجها مع R5000 ، للتأكيد على هذا التحسين. لاحقًا، صممت QED عائلة أجهزة RM7000 و RM9000 لأسواق الأنظمة المدمجة مثل شبكات الحاسوب وطابعات الليزر. استحوذت شركة PMC-Sierra ، المتخصصة في تصنيع أشباه الموصلات، على QED في أغسطس 2000، واستمرت الأخيرة في الاستثمار في بنية MIPS. تضمنت RM7000 ذاكرة تخزين مؤقتة L2 مدمجة بسعة 256 كيلوبايت ووحدة تحكم لذاكرة تخزين مؤقتة L3 اختيارية. أما RM9xx0، فكانت عائلة من أجهزة النظام على شريحة (SoC) تضمنت ملحقات الجسر الشمالي مثل وحدة تحكم الذاكرة ، ووحدة تحكم PCI ، ووحدة تحكم Gigabit Ethernet ، ومنافذ إدخال/إخراج سريعة مثل منفذ HyperTransport . 

كان معالج R8000 (1994) أول تصميم MIPS فائق التوازي ، قادرًا على تنفيذ تعليمتين للأعداد الصحيحة أو الفاصلة العائمة وتعليمتين للذاكرة في كل دورة. توزع التصميم على ست رقاقات: وحدة للأعداد الصحيحة (مع ذاكرة تخزين مؤقتة  للتعليمات بسعة 16 كيلوبايت  وذاكرة تخزين مؤقتة للبيانات بسعة 16 كيلوبايت)، ووحدة للفاصلة العائمة، وثلاث رقاقات ذاكرة وصول عشوائي ثانوية مخصصة بالكامل (اثنتان للوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقتة الثانوية، وواحدة لمراقبة ناقل البيانات)، ووحدة تحكم ASIC لذاكرة التخزين المؤقتة. احتوى التصميم على وحدتي ضرب وجمع مزدوجتي الدقة تعملان بتقنية خط الأنابيب، قادرتين على بث البيانات من  ذاكرة التخزين المؤقتة الثانوية الخارجية بسعة 4 ميجابايت. شغّل معالج R8000 خوادم POWER Challenge من SGI في منتصف التسعينيات، وأصبح متاحًا لاحقًا في محطة عمل POWER Indigo2. على الرغم من أن أداء وحدة الفاصلة العائمة كان مناسبًا تمامًا للمستخدمين العلميين، إلا أن أداءه المحدود في معالجة الأعداد الصحيحة وتكلفته العالية قللا من جاذبيته لمعظم المستخدمين. تم بيع معالج R8000 لمدة عام واحد فقط، ولا يزال نادرًا نسبيًا.

في عام 1995، تم إطلاق معالج R10000 . كان هذا المعالج مصممًا على شريحة واحدة، ويعمل بتردد ساعة أعلى من معالج R8000، ويحتوي على  ذاكرة تخزين مؤقتة أكبر للتعليمات والبيانات بسعة 32 كيلوبايت. كما كان معالجًا فائق التوازي، ولكن ابتكاره الرئيسي كان تنفيذ التعليمات خارج الترتيب . على الرغم من وجود مسار ذاكرة واحد ووحدة معالجة الفاصلة العائمة (FPU) أبسط، إلا أن الأداء المحسن بشكل كبير للأعداد الصحيحة، والسعر المنخفض، والكثافة العالية جعلت معالج R10000 الخيار المفضل لمعظم المستخدمين.

استندت بعض التصاميم اللاحقة إلى نواة R10000. استخدم تصميم R12000 تقنية تصنيع بدقة 0.25 ميكرومتر لتصغير حجم الشريحة وتحقيق ترددات ساعة أعلى . سمح تصميم R14000 المُعدَّل بترددات ساعة أعلى مع دعم إضافي لذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المتزامنة ذات معدل البيانات المزدوج ( DDR SDRAM ) وذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM) في ذاكرة التخزين المؤقت الخارجية . سُميت الإصدارات اللاحقة R16000 و R16000A ، وتتميز بترددات ساعة أعلى وتصنيع شريحة أصغر مقارنةً بالإصدارات السابقة.

من بين أعضاء عائلة معالجات MIPS الأخرى، نجد R6000 ، وهو معالج يعتمد على منطق اقتران الباعث (ECL) من إنتاج شركة Bipolar Integrated Technology . وقد قدم R6000 بنية MIPS II، حيث تختلف بنية مخزن الترجمة المؤقت (TLB) وذاكرة التخزين المؤقت فيه عن جميع أعضاء عائلة MIPS الآخرين. لم يحقق R6000 الأداء المأمول، ورغم استخدامه في بعض أجهزة Control Data ، إلا أنه سرعان ما اختفى من السوق الرئيسية.

تاريخ

أول جهاز

في عام ١٩٨١، بدأ جون إل. هينيسي مشروع المعالج الدقيق بدون مراحل خط الأنابيب المتشابكة ( MIPS ) في جامعة ستانفورد لدراسة تقنية الحواسيب ذات مجموعة التعليمات المختصرة (RISC). أقنعته نتائج بحثه بالإمكانات التجارية المستقبلية لهذه التقنية، وفي عام ١٩٨٤، أخذ إجازة تفرغ لتأسيس شركة MIPS لأنظمة الحواسيب . صممت الشركة بنية جديدة سُميت أيضًا MIPS ، وقدمت أول تطبيق لها، وهو R2000 ، في عام ١٩٨٥. تم تحسين R2000، وطُرح التصميم باسم R3000 في عام ١٩٨٨. شكلت وحدات المعالجة المركزية هذه ذات ٣٢ بت أساس الشركة طوال ثمانينيات القرن الماضي، واستُخدمت بشكل أساسي في سلسلة محطات عمل شركة Silicon Graphics (SGI) ، ولاحقًا في محطات عمل وخوادم شركة Digital Equipment Corporation DECstation. انحرفت تصاميم SGI التجارية عن MIPS ستانفورد بتنفيذ معظم عمليات التشابك في الأجهزة، وتوفير تعليمات الضرب والقسمة الكاملة (من بين أمور أخرى). استرشدت التصاميم جزئياً بمهندس البرمجيات إيرل كيليان، الذي صمم امتداد مجموعة تعليمات MIPS III 64 بت، وقاد العمل على البنية الدقيقة R4000. [ 2 ] [ 3 ]

في عام 1991، أطلقت شركة MIPS أول معالج دقيق 64 بت ، وهو R4000 . إلا أن الشركة واجهت صعوبات مالية في طرحه في السوق. ونظرًا لأهمية التصميم البالغة لشركة SGI، التي كانت آنذاك من بين عملاء MIPS الرئيسيين القلائل، استحوذت SGI على الشركة في عام 1992 لضمان عدم ضياع التصميم. وسُميت الشركة التابعة الجديدة لـ SGI باسم MIPS Technologies .

هندسة معمارية قابلة للترخيص

في أوائل التسعينيات، بدأت شركة MIPS بترخيص تصاميمها لموردي الطرف الثالث. وقد حقق هذا نجاحًا ملحوظًا بفضل بساطة النواة، مما أتاح لها استخدامات عديدة كانت تتطلب سابقًا تصميمات حاسوبية ذات مجموعة تعليمات معقدة (CISC) أقل كفاءة بكثير، مع عدد مماثل من البوابات وسعر مماثل؛ إذ يرتبط سعر وحدة المعالجة المركزية ارتباطًا وثيقًا بعدد البوابات وعدد المنافذ الخارجية. حاولت شركة Sun Microsystems تحقيق نجاح مماثل من خلال ترخيص نواة SPARC الخاصة بها ، لكنها لم تحقق النجاح المأمول. وبحلول أواخر التسعينيات، أصبحت MIPS قوة رائدة في مجال المعالجات المدمجة . وفقًا لشركة MIPS Technologies Inc.، كان هناك نمو هائل، حيث بلغت شحنات وحدات المعالجة المركزية القائمة على MIPS 48 مليون وحدة وحصة سوقية إجمالية لوحدات المعالجة المركزية RISC في عام 1997. [ 4 ] كان نجاح MIPS كبيرًا لدرجة أن SGI قامت بفصل MIPS Technologies في عام 1998. في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، جاء نصف دخل MIPS بالكامل من ترخيص تصميماتها، بينما جاء الجزء الأكبر المتبقي من أعمال التصميم التعاقدية على النوى لأطراف ثالثة.

في عام ١٩٩٩، استبدلت شركة MIPS Technologies الإصدارات السابقة من معمارية MIPS بمعماريتين جديدتين: MIPS32 ذات ٣٢ بت (المبنية على MIPS II مع بعض الميزات الإضافية من MIPS III وMIPS IV وMIPS V) و MIPS64 ذات ٦٤ بت (المبنية على MIPS V)، وذلك لأغراض الترخيص. حصلت كل من شركة Nippon Electric Corporation ( NEC ) وشركة Toshiba وشركة SiByte (التي استحوذت عليها Broadcom لاحقًا ) على تراخيص MIPS64 فور الإعلان عنها. وانضمت إليها لاحقًا شركات Philips و LSI Logic و Integrated Device Technology (IDT). واليوم، تُعد أنوية MIPS من أكثر الأنوية "الثقيلة" استخدامًا في سوق الأجهزة الشبيهة بالحواسيب، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الاستقبال الرقمية وغيرها.

نظرًا لإمكانية ترخيص بنية MIPS، فقد اجتذبت العديد من الشركات الناشئة المتخصصة في المعالجات على مر السنين. وكانت شركة Quantum Effect Devices (انظر القسم التالي) من أوائل الشركات الناشئة التي صممت معالجات MIPS. أسس فريق تصميم MIPS الذي صمم معالج R4300i شركة SandCraft ، التي صممت معالج R5432 لشركة NEC، وأنتجت لاحقًا معالج SR71000 ، أحد أوائل معالجات التنفيذ خارج الترتيب للسوق المدمجة. انقسم فريق DEC StrongARM الأصلي في النهاية إلى شركتين ناشئتين تعتمدان على MIPS: شركة SiByte التي أنتجت معالج SB-1250 ، أحد أوائل أنظمة MIPS عالية الأداء على شريحة واحدة (SoC)؛ بينما أنتجت شركة Alchemy Semiconductor (التي استحوذت عليها AMD لاحقًا ) معالج Au-1000 SoC للاستخدامات منخفضة الطاقة. استخدمت شركة Lexra بنية مشابهة لـ MIPS وأضافت إليها امتدادات معالجة الإشارات الرقمية (DSP) لسوق رقائق الصوت، ودعمًا للمعالجة المتعددة لسوق الشبكات. بسبب عدم ترخيص شركة ليكسرا للبنية المعمارية، رُفعت دعويان قضائيتان بين الشركتين. سُوّيت الأولى سريعًا عندما تعهدت ليكسرا بعدم الإعلان عن معالجاتها على أنها متوافقة مع معمارية MIPS. أما الثانية (المتعلقة ببراءة اختراع MIPS رقم 4814976 الخاصة بمعالجة الوصول غير المُحاذي للذاكرة) فقد طالت، وأضرت بأعمال الشركتين، وانتهت بمنح شركة MIPS Technologies شركة ليكسرا ترخيصًا مجانيًا ودفع مبلغ نقدي كبير.

برزت شركتان متخصصتان في تصنيع معالجات متعددة النوى باستخدام معمارية MIPS. استحوذت شركة Raza Microelectronics, Inc. على خط الإنتاج من شركة SandCraft المتعثرة، وقامت لاحقًا بإنتاج أجهزة تحتوي على ثماني نوى لأسواق الاتصالات والشبكات. كما أنتجت شركة Cavium ، التي كانت في الأصل موردًا لمعالجات الأمن، أجهزةً بثمانية نوى، ثم لاحقًا ما يصل إلى 32 نواة، لنفس الأسواق. صممت كلتا الشركتين نوى معالجاتهما داخليًا، واكتفتا بترخيص المعمارية بدلًا من شراء النوى من MIPS.

سطح المكتب

ومن بين الشركات المصنعة التي قامت بتصنيع أنظمة محطات عمل الكمبيوتر باستخدام معالجات MIPS هي SGI و MIPS Computer Systems, Inc. و Whitechapel Workstations و Olivetti و Siemens-Nixdorf و Acer و Digital Equipment Corporation و NEC و DeskStation .

تشمل أنظمة التشغيل التي تم نقلها إلى البنية IRIX من SGI ، و Windows NT من Microsoft (حتى الإصدار 4.0)، و Windows CE ، و Linux ، و FreeBSD ، وNetBSD ، و OpenBSD ، و UNIX System V ، و SINIX ، و QNX ، و RISC/os الخاص بشركة MIPS Computer Systems .

في أوائل التسعينيات، انتشرت تكهنات بأن معالجات MIPS وغيرها من معالجات RISC القوية ستتفوق على معمارية Intel IA-32 . وقد شجع على ذلك دعم الإصدارين الأولين من نظام التشغيل Windows NT من مايكروسوفت لنظامي التشغيل Alpha وMIPS و PowerPC ، وإلى حد أقل معمارية Clipper و SPARC . مع ذلك، ومع إصدار Intel سريعًا لإصدارات أسرع من معالجات Pentium ، توقف نظام التشغيل Windows NT v4.0 من مايكروسوفت عن دعم أي شيء عدا معماريتي IA-32 وAlpha. ومع قرار SGI الانتقال إلى معماريتي Itanium وIA-32 في عام 2007 (بعد إعلان إفلاسها بموجب الفصل 11 في عام 2006 [ 5 ] )، واستحواذ Rackable Systems, Inc. عليها في عام 2009 ، انتهى دعم سوق MIPS/IRIX للمستهلكين في ديسمبر 2013 كما كان مقررًا. مع ذلك، لا يزال هناك فريق دعم متاح للحالات الخاصة والأنظمة المُجددة التي لا تزال متوفرة على نطاق محدود. [ 6 ]

الأسواق المدمجة

يُعد Ingenic JZ4725 مثالاً على نظام على شريحة (SoC) قائم على MIPS .

خلال التسعينيات، تم اعتماد بنية MIPS على نطاق واسع من قبل سوق الأنظمة المدمجة، بما في ذلك استخدامها في شبكات الكمبيوتر ، والاتصالات السلكية واللاسلكية ، وألعاب الفيديو ، ووحدات تحكم ألعاب الفيديو ، وطابعات الكمبيوتر ، وأجهزة فك التشفير الرقمية ، وأجهزة التلفزيون الرقمية ، ومودمات DSL والكابل ، والمساعدات الرقمية الشخصية .

إن انخفاض استهلاك الطاقة وخصائص الحرارة لتطبيقات MIPS المدمجة، والتوافر الواسع لأدوات التطوير المدمجة، والمعرفة بالبنية، تعني أن استخدام معالجات MIPS الدقيقة في الأدوار المدمجة من المرجح أن يظل شائعًا.

نوى قابلة للتصنيع للأسواق المدمجة

في السنوات الأخيرة، تم تقديم معظم التقنيات المستخدمة في أجيال معالجات MIPS المختلفة على شكل وحدات معالجة فكرية (IP cores) لأشباه الموصلات، كعناصر أساسية لتصميمات المعالجات المدمجة . وتتوفر وحدات أساسية 32 بت و 64 بت ، تُعرف باسم 4K و 5K. ويمكن دمج هذه الوحدات مع وحدات إضافية مثل وحدات الفاصلة العائمة (FPU)، وأنظمة SIMD (تعليمات مفردة، بيانات متعددة )، وأجهزة إدخال/إخراج متنوعة ، وغيرها.

حققت معالجات MIPS نجاحًا تجاريًا كبيرًا، ولها الآن استخدامات عديدة في القطاعين الاستهلاكي والصناعي. تُستخدم معالجات MIPS في أجهزة التوجيه الحديثة من Cisco و Linksys وMikrotik، ومودمات الكابلات ، ومودمات خط المشترك الرقمي غير المتماثل (ADSL)، والبطاقات الذكية ، ووحدات طابعات الليزر ، وأجهزة الاستقبال الرقمية ، والروبوتات ، والحواسيب المحمولة. أما في الهواتف المحمولة وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي (PDA)، فلم تتمكن معالجات MIPS إلى حد كبير من إزاحة معمارية ARM المنافسة .

تشمل معالجات بنية MIPS ما يلي: IDT RC32438؛ ATI/AMD Xilleon ؛ Alchemy Au1000، 1100، 1200؛ Broadcom Sentry5؛ RMI XLR7xx، Cavium Octeon CN30xx، CN31xx، CN36xx، CN38xx وCN5xxx؛ Infineon Technologies EasyPort، Amazon، Danube، ADM5120، WildPass، INCA-IP، INCA-IP2؛ Microchip Technology PIC32؛ NEC EMMA وEMMA2، NEC VR4181A، VR4121، VR4122، VR4181A، VR4300، VR5432، VR5500؛ Oak Technologies Generation؛ PMC-Sierra RM11200؛ QuickLogic QuickMIPS ESP؛ توشيبا دوناو ، توشيبا TMPR492x، TX4925، TX9956، TX7901؛ KOMDIV-32 ، KOMDIV-64 ، ELVEES Multicore من روسيا.

الحواسيب العملاقة القائمة على معالج MIPS

يُعدّ استخدام معمارية MIPS في الحواسيب العملاقة ذات المعالجات الضخمة أحد الاستخدامات الأقل شيوعًا. في أوائل التسعينيات، حوّلت شركة سيليكون غرافيكس (SGI) تركيز أعمالها من محطات عمل الرسومات المكتبية إلى سوق الحوسبة عالية الأداء . وقد شجّع نجاح أولى تجارب الشركة في أنظمة الخوادم، سلسلة تشالنج المبنية على معالجات R4400 و R8000 ، ولاحقًا R10000 ، شركة SGI على تطوير نظام أكثر قوة. سمح طرح معالج R10000 المتكامل لشركة SGI بإنتاج نظام Origin 2000 ، الذي كان قابلاً للتوسع لاحقًا إلى 1024 وحدة معالجة مركزية باستخدام تقنية الربط البيني NUMAlink cc-NUMA. أدى Origin 2000 إلى ظهور سلسلة Origin 3000 التي وصلت إلى نفس الحد الأقصى لعدد وحدات المعالجة المركزية البالغ 1024، ولكن باستخدام رقائق R14000 وR16000 بتردد يصل إلى 700  ميجاهرتز. تم سحب أجهزة الكمبيوتر العملاقة القائمة على معالج MIPS في عام 2005 عندما اتخذت شركة SGI القرار الاستراتيجي بالانتقال إلى بنية Intel Itanium IA-64 .

في عام 2007، طرحت شركة SiCortex الناشئة والمتخصصة في الحوسبة عالية الأداء حاسوبًا فائقًا قائمًا على معمارية MIPS، يتميز بقدرة معالجة متوازية هائلة. تعتمد هذه الأجهزة على معمارية MIPS64 وتقنية ربط عالية الأداء باستخدام بنية Kautz graph . يتميز النظام بكفاءة عالية في استهلاك الطاقة وقدرة حسابية فائقة. يُعدّ أبرز ما يميز هذا النظام هو وحدة المعالجة متعددة النوى التي تضم ستة أنوية MIPS64، ووحدة تحكم ذاكرة تبديل متقاطع ، ومحرك وصول مباشر للذاكرة (DMA)، ووحدات تحكم Gigabit Ethernet و PCI Express، جميعها على شريحة واحدة تستهلك 10 واط فقط من الطاقة، ومع ذلك تصل ذروة أدائها في العمليات الحسابية ذات الفاصلة العائمة إلى 6 جيجا فلوبس . أما أقوى تكوين، وهو SC5832، فهو حاسوب فائق أحادي الخزانة يتكون من 972 شريحة من هذا النوع، بإجمالي 5832 نواة معالجة MIPS64 وذروة أداء تبلغ 8.2 تيرافلوبس.

لونغسون

لونغسون هي عائلة من المعالجات الدقيقة المتوافقة مع معمارية MIPS، صممها معهد تكنولوجيا الحوسبة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم . صُممت هذه المعالجات بشكل مستقل من قبل الصينيين، وكانت النماذج الأولى تفتقر إلى دعم أربع تعليمات كانت قد حصلت شركة MIPS Technologies على براءة اختراع لها. [ 7 ] في يونيو 2009، حصل معهد تكنولوجيا الحوسبة على ترخيص معماريتي MIPS32 وMIPS64 من شركة MIPS Technologies. [ 8 ] ابتداءً من عام 2006، أصدرت العديد من الشركات أجهزة كمبيوتر تعتمد على معالجات لونغسون، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر المحمولة الصغيرة (nettops ) وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الصغيرة (netbooks) المصممة للاستخدام منخفض الطاقة. [ 9 ] [ 10 ]

في السنوات الأخيرة، تم استخدام شريحة Loongson المخصصة للفضاء (1E04/1E0300/1E1000,1F04/1F0300,1J) في 3-5 أقمار صناعية للملاحة من نوع Beidou.

الفجر 6000

سيستخدم الحاسوب العملاق "داونينغ 6000" ، الذي يُتوقع أن تتجاوز قدرته 1  بيتافلوب ، معالج "لونغسون" . ويجري حاليًا تطوير "داونينغ 6000" بشكل مشترك بين معهد تكنولوجيا المعلومات والاتصالات وشركة "داونينغ" لصناعة المعلومات. وصرح لي غوجي، رئيس مجلس إدارة شركة "داونينغ" لصناعة المعلومات ومدير وأكاديمي معهد تكنولوجيا المعلومات والاتصالات، بأنه من المتوقع الانتهاء من البحث والتطوير الخاص بـ"داونينغ 6000" في غضون عامين. وبحلول ذلك الوقت، يُتوقع أن تحقق الحواسيب عالية الأداء المصنعة في الصين هدفين رئيسيين: أولهما، اعتماد المعالجات المصنعة محليًا؛ وثانيهما، تغيير بنية النظام الحالية القائمة على التجميع للحواسيب عالية الأداء بمجرد وصول الأداء إلى 1  بيتافلوب.

MIPS Aptiv

تم الإعلان عنها في عام 2012، [ 11 ] تتضمن عائلة MIPS Aptiv ثلاثة منتجات من وحدات المعالجة المركزية 32 بت تعتمد على بنية MIPS32 الإصدار 3.

مايكرو أبتيف

يُعدّ microAptiv [ 12 ] معالجًا مدمجًا صغير الحجم يعمل في الوقت الحقيقي، ويتميز بخط أنابيب من خمس مراحل ومجموعة تعليمات ضغط التعليمات البرمجية microMIPS. يمكن تهيئة microAptiv إما كمعالج دقيق (microAptiv UP) مزود بذاكرة تخزين مؤقتة للتعليمات والبيانات ووحدة إدارة ذاكرة ، أو كوحدة تحكم دقيقة (microAptiv UC) مزودة بوحدة حماية الذاكرة (MPU). يدمج المعالج وظائف معالجة الإشارات الرقمية (DSP) وSIMD لتلبية متطلبات معالجة الإشارات في قطاعات الأنظمة المدمجة للمبتدئين، بما في ذلك التحكم الصناعي، والعدادات الذكية، والسيارات، والاتصالات السلكية واللاسلكية.

إنترأبتيف

يُعدّ معالج interAptiv [ 13 ] نواة معالجة متعددة تستفيد من خط أنابيب من تسع مراحل مع تعدد الخيوط. ويمكن استخدام هذه النواة في المهام المتوازية للغاية التي تتطلب تحسين التكلفة واستهلاك الطاقة، مثل البوابات الذكية، ومعالجة النطاق الأساسي في معدات مستخدمي LTE والخلايا الصغيرة، ووحدات تحكم محركات الأقراص الصلبة (SSD)، ومعدات السيارات.

برو أبتيف

يُعدّ proAptiv [ 14 ] معالجًا فائق التوازي، يعمل بنظام المعالجة خارج الترتيب، وهو متوفر بإصدارات أحادية ومتعددة النوى. صُمم proAptiv لمعالجة التطبيقات في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية المتصلة، ومعالجة مستوى التحكم في الشبكات.

محارب MIPS

تم الإعلان عنها في يونيو 2013، [ 15 ] تتضمن عائلة MIPS Warrior العديد من منتجات وحدة المعالجة المركزية 32 بت و64 بت استنادًا إلى معمارية MIPS الإصدار 5 و6.

محارب من الفئة م

معالجات MIPS ذات 32 بت للاستخدامات المدمجة ووحدات التحكم الدقيقة:

  • نوى MIPS M5100 و MIPS M5150 (MIPS32 الإصدار 5): [ 16 ] بنية خط الأنابيب ذات المراحل الخمس، و microMIPS ISA، ووحدة MIPS DSP r2، ومعالجة المقاطعات السريعة، وقدرات تصحيح الأخطاء/التحليل المتقدمة وإدارة الطاقة.
  • أنوية MIPS M6200 وM6250 (MIPS32 الإصدار 6): [ 17 ] بنية خط أنابيب من ست مراحل، وmicroMIPS ISA، ووحدة معالجة الإشارات الرقمية (DSP) ووحدة SIMD مخصصة

محارب من الفئة الأولى

معالجات MIPS ذات 64 بت للاستخدامات المدمجة عالية الأداء ومنخفضة الطاقة:

  • نواة المعالج المتعدد MIPS I6400 (MIPS64 الإصدار 6): [ 18 ] تعدد الخيوط المتزامن (SMT)، والمحاكاة الافتراضية للأجهزة، و SIMD 128 بت، وإدارة الطاقة المتقدمة، وأمان السياقات المتعددة، وقابلية التوسع إلى تشغيل متماسك متعدد المجموعات.

محارب من الفئة P

معالجات تطبيقات MIPS ذات 32 بت و 64 بت:

  • نواة المعالج المتعدد MIPS P5600 (MIPS32 الإصدار 5): [ 19 ] محاكاة الأجهزة مع اجتياز جدول الأجهزة، وSIMD 128 بت، وعنونة فيزيائية موسعة 40 بت (XPA)
  • نواة المعالج المتعدد MIPS P6600 (MIPS64 الإصدار 6): محاكاة افتراضية للأجهزة مع اجتياز جدول الأجهزة، SIMD 128 بت

معلومات عامة

تم تسمية شخصية الأرنب MIPS من لعبة Super Mario 64 على اسم المعالج الدقيق MIPS.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بريدجمان، أستون (20 يناير 1998). "شركة NEC تُقدّم معالجين دقيقين من نوع RISC 64 بت عاليي الأداء ومنخفضي التكلفة" . شركة NEC (بيان صحفي) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 يناير 2021 .
  2. ↑ "المجلس الاستشاري" . بارافيرتشوال. 2006. مؤرشف من الأصل في 13 فبراير 2012. تم الاطلاع عليه في 26 نوفمبر 2010 .
  3. ↑ " خريجو حاسوب S-1 العملاق: إيرل كيليان" . جامعة كليمسون. 28 يونيو 2005. تاريخ الاطلاع: 26 نوفمبر 2010. بدأ إيرل كيليان مسيرته المهنية في مجال الحوسبة... بصفته مديرًا للهندسة المعمارية في MIPS، صمم امتداد مجموعة تعليمات MIPS III 64 بت، وقاد العمل على البنية الدقيقة R4000. كان أحد مؤسسي شركة QED، التي ابتكرت معالجات MIPS R4600 وR5000. ومؤخرًا، شغل منصب كبير المهندسين المعماريين في شركة Tensilica، حيث عمل على معالجات قابلة للتكوين والتوسيع.
  4. ↑ كتيب "MIPS" (ملف PDF) . شركة MIPS Technologies Inc. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 4 يونيو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 مارس 2013 .
  5. ↑ باتريك فيتزجيرالد (6 مايو 2006). "شركة سيليكون جرافيكس تسعى لإعلان إفلاسها بموجب الفصل 11 مع انخفاض المبيعات" . صحيفة وول ستريت جورنال .
  6. ↑ "نهاية التوافر العام لمنتجات MIPS® IRIX®" . 2013.
  7. ↑ "معضلة المعالجات الدقيقة في الصين" . مجموعة لينلي.
  8. ↑ «معهد تكنولوجيا الحوسبة الصيني يرخص معمارية MIPS القياسية في الصناعة» . مؤرشف من الأصل بتاريخ 8 مايو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أبريل 2017 .
  9. ↑ "مقال من موقع LinuxDevices حول جهاز Municator" .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  10. ↑ " مواصفات ييلونغ " . أجهزة لينكس. 22 أكتوبر 2008.{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  11. ↑ S., Ganesh T. (10 مايو 2012). "شركة MIPS Technologies تُحدّث تشكيلة معالجاتها بسلسلة Aptiv" . Anandtech . مؤرشف من الأصل في 12 مايو 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يونيو 2016 .
  12. ↑ "معالج microAptiv الأساسي" . شركة Imagination Technologies . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2016 .
  13. ↑ "معالج interAptiv الأساسي" . شركة Imagination Technologies . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2016 .
  14. ↑ "معالج proAptiv الأساسي" . شركة Imagination Technologies . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2016 .
  15. ↑ "تقديم أنوية المعالجات المركزية MIPS Series5 'Warrior': الثورة القادمة في الملكية الفكرية للمعالجات من شركة Imagination" . شركة Imagination Technologies . 26-06-2013 . تاريخ الاسترجاع: 22-06-2016 .
  16. ↑ "عائلة المعالجات الأساسية M51xx من الفئة M" . شركة إيماجينيشن تكنولوجيز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2016 .
  17. ↑ "معالجات الفئة M من طراز M6200 وM6250" . شركة إيماجينيشن تكنولوجيز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2016 .
  18. ↑ "معالج متعدد النواة من الفئة I-Class I6400" . شركة Imagination Technologies . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2016 .
  19. ↑ "معالج متعدد النواة من الفئة P5600" . شركة إيماجينيشن تكنولوجيز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2016 .