Auf den Spuren von RISC-V: MIPS-Architektur wird Open Source

| Redakteur: Sebastian Gerstl

Die MIPS-Prozessorarchitektur wird quelloffen: Ab 2019 sollen die MIPS Befehlssätze für 32- und 64-Bit Architekturen unter einer Open-Source-Lizenz zur allgemeinen Verfügung stehen. Grundlage ist das aktuelle Release 6 für MIPS32/MIPS64 aus dem Jahr 2014.
Die MIPS-Prozessorarchitektur wird quelloffen: Ab 2019 sollen die MIPS Befehlssätze für 32- und 64-Bit Architekturen unter einer Open-Source-Lizenz zur allgemeinen Verfügung stehen. Grundlage ist das aktuelle Release 6 für MIPS32/MIPS64 aus dem Jahr 2014. (Bild: gemeinfrei / CC0)

Die MIPS-Prozessorarchitektur soll ab 2019 unter einer Open-Source-Lizenz stehen. Der derzeitige Eigentümer der IP, Wave Computing, will den Befehlssatz nach dem Vorbild der RISC-V-ISA quelloffen und kostenfrei zur Verfügung stellen.

Die offene Befehlssatzarchitektur für Prozessoren, RISC-V, hat dank ihres Open-Source-Ansatzes innerhalb kurzer Zeit große Verbreitung gefunden. Das Unternehmen Wave Computing, dass seit Juni 2018 die Rechte an der MIPS-Prozessorarchitektur besitzt, möchte es der RISC-V-Foundation nun gleichtun: Neben dem aktuellen 32- und 64-Bit-Befehlssatz sollen ab 2019 unter dem MIPS Open Program die Erweiterungen SIMD, DSP, Multi-Threading (MT), Virtualization (VZ), MCU und die Micro-MIPS-Architektur unter Open-Source-Lizenz öffentlich gemacht werden.

Um die Kompatibilität zwischen Prozessoren, auf der quelloffenen MIPS-ISA basieren, sicherzustellen, wird Wave Computing ein eigenes Zertifizierungsprogramm anbieten. Wann genau der Schritt zu Open Source vollzogen wird, und welche Art von Lizenz Wave Computing für die MIPS-IP anbieten möchte, ist noch nicht bekannt. Weitere Details möchte das Unternehmen erst im Verlauf des ersten Quartals 2019 veröffentlichen. Art Swift, seit diesem Dezember der Präsident des MIPS-Lizenzgeschäfts von Wave Computing, bezeichnete die Maßnahme als „entscheidenden Schritt, um die Einführung von MIPS in einem Ökosystem zu beschleunigen.“

Wave Computing hatte im Juni 2018 die Rechte an der MIPS-Architektur erworben. Das junge Unternehmen versteht sich als ein Start-Up, dass sich mit MIPS-basierten Prozessoren und ASICs große Anteile des aufstrebenden KI-Marktes sichern möchte. Die Architektur ist vor allem auf dem Automotive-Sektor und in Entertainment- und Infotainment-Systemen stark vertreten und wird unter anderem von Unternehmen wie Microchip, Mobileye/Intel, MediaTek, und Denso, einem der führenden Tier1-Chipanbieter in Japan, eingesetzt.

Eine Alternative zu ARM und RISC-V

Mit dem Open-Source-Ansatz verfolgt Wave Computing eine ähnliche Strategie wie die RISC-V-Foundation, die ihre ebenfalls RISC-basierte ISA seit 2015 unter einer BSD-Lizenz quelloffen zur Verfügung stellt. Diese Lizenzen erlauben es, abgeleitete Werke, wie z.B. RISC-V-Chip-Designs, entweder offen und frei (wie die RISC-V-ISA selbst) oder geschlossen und proprietär zu verbreiten.

Mit dieser Strategie ist die RISC-V-Foundation sehr erfolgreich. Mittlerweile haben sich mehr als 100 Unternehmen der RISC-V-Foundation angeschlossen, darunter Technologieführer wie Western Digital, Microchip, NVIDIA, Google oder Qualcomm. Auch in Forschungseinrichtungen ist RISC-V dank der Möglichkeit, via Quelloffenheit kostengünstig arbeiten zu können, beliebt.

MIPS wird zudem seit einigen Jahren auf dem Embedded-Markt als eine technologieverwandte Alternative zu ARM-Prozessoren gehandelt. Beide RISC-Ansätze haben Load-Store-ISAs, bei denen nur Lade- und Speicheranweisungen auf den Speicher zugreifen können. Dies hat gerade im Embedded-Umfeld, wo meist mit Systemressourcen sparsam umgegangen werden muss, einen Effizienzvorteil gegenüber x86-Prozessoren, in deren Register-Speicher-ISAs mehrere Befehle auf einmal direkt den Speicher adressieren können.

Ein konkreter Unterschied zwischen MIPS und ARM besteht in der Zahl an Registern und den Adressierungs-Modi. MIPS verfügt über die höhere Zahl an Adressregistern, aber nur über drei unterschiedliche Modi (register, immediate, displacement). ARM bietet weniger Register, hat aber neben den drei MIPS-Modi noch zusätzliche Funktionalitäten wie auto-increment, auto-decrement oder Program-Counter-relative Adressierung zu bieten. Aufgrund der höheren Registerzahl hat MIPS in Umgebungen, in denen man nur auf einen langsamen Speicherbus zugreifen kann, gegenüber ARM und RISC-V einen leichten Effizienzvorteil.

Eine RISC-Architektur macht die Runde

Wie ARM und RISC-V ist MIPS vom Ansatz her eine RISC-Architektur (Reduced instruction set computer). Erste MIPS-Prozessoren wurden um 1984 herum an der Universität Stanford entwickelt. 1985 gründeten Alumni der Universität das Unternehmen MIPS Computer Systems, um die Technologie kommerziell zu vermarkten. Eine erste Blütezeit erlebte die MIPS-Architektur Anfang der 1990er Jahre, als RISC-Prozessoren für den Servermarkt besonders gefragt waren. 1992 kaufte die Firma Silicon Graphics (SGI) das Unternehmen und setzte die MIPS-Technologie vorrangig in seinen Workstations ein. Als Intel im weiteren Verlauf der 90er Jahre mit seinen CISC-basierten (Complex instruction set computer) x86-Prozessoren zunehmend auch den Servermarkt eroberte, verloren die RISC-basierten MIPS-CPUs an Reiz.

Nach einem längeren Schattendasein als eigenständiges Unternehmen erwarb 2012 die britische Firma Imagination Technologies die Rechte an der MIPS-IP. In der Folge versuchte Imagination, die Architektur als Alternative zu den ebenfalls RISC-basierten ARM-Prozessoren auf dem Embedded-Markt zu etablieren. Mit dem CI20-Board versuchte sich Imagination auch an einem MIPS-basierten Raspberry-Pi-Konkurrenten. Nach dem Verkauf von Imagination Technologies an eine chinesische Investorengruppe wurde das Prozessorengeschäft um die MIPS-Architektur im Herbst 2017 wieder in eine eigenständige Firma ausgegliedert, die wiederum im Juni 2018 von Wave Computing übernommen wurde – eine Firma, die von zahlreichen ehemaligen Vorständen der ursprünglichen MIPS Computer System geführt wird.

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