최근 수정 시각 : 2024-11-25 17:49:24

MIPS


1. CPU 명령어 집합 체계
1.1. 개요1.2. MIPS의 역사1.3. CPU 목록
1.3.1. 32비트1.3.2. 64비트
2. 초당 1백만 단위 명령어 수

1. CPU 명령어 집합 체계

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명령어 집합
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VLIW
EPIC 		E2K · IA-64 · Crusoe

1.1. 개요

MIPS(Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages)란 MIPS Technologies에서 개발한 RISC 계열의 명령어 집합 체계이다.

MIPS 명령어 체계는 굉장히 깔끔하게 설계되어 있기 때문에 많은 대학교의 컴퓨터 아키텍처 과목에서 가르치고 있다.

2021년에는 개발사가 개발 중단을 선언하고 RISC-V로 이주를 발표했다.

1.2. MIPS의 역사

최초의 MIPS 명령어 체계는 1986년 1월 MIPS Computer Systems(현 MIPS Technologies)에서 발표한 R2000 마이크로프로세서와 함께 <MIPS I>이라는 이름으로 발표되었다. R2000은 RISC 기반의 명령어가 처음으로 적용되어 상용화된 CPU이다. 그 당시에 R2000은 모토로라 68000과 인텔 80386 시리즈와 경쟁했다. MIPS 명령어 체계는 MIPS Technologies에서 새로운 CPU를 출시할 때마다 개선했는데, 1990년에는 R6000과 함께 MIPS II가 발표되었고, 1992년에는 64비트 레지스터와 정수 연산이 지원되는 MIPS III가 발표되었다. 1992년 실리콘 그래픽스가 인수했으며, 1994년에는 MIPS IV가 발표되었고, 1996년에 MIPS V가 발표되었으며, 현존하는 MIPS 명령어 체계는 전부 MIPS V를 기반으로 개선이 이루어지고 있는 상태이다. 최신 버전의 MIPS 명령어 체계는 MIPS V를 기반으로 한 MIPS32/MIPS64 release 6로, 2014년에 발표되었다.

MIPS Technologies는 1998년 실리콘 그래픽스가 인텔 아이태니엄 시리즈로 이전하기로 결정해 분사하면서 2000년에 매각했으며, 2000년대 중후반부터 뛰어난 전력효율을 기반으로 스마트 시대와 맞물려 시장을 넓혀온 ARM에 입지를 잃어가다가 결국 2012년 말에 Apple의 iOS 기기용 GPU인 PowerVR 시리즈로 유명한 이미지네이션 테크놀로지에 인수되었다. 관련기사 그러나 이를 인수한 이미지네이션이 애플의 GPU 공급을 주력으로 잘 하다가 끊기면서 파산위기에 몰리고, 결국 2017년에 중국계 사모 투자 기업인 Canyon Bridge Capital Partners에서 6억 7500만 달러로 인수되면서, MIPS Technologies는 별도로 다른 중국계 사모 투자 기업인 Tallwood Venture Capital에 6500만 달러에 팔았다.

이후, 이듬해인 2018년 6월 16일에 AI 스타트업 기업인 웨이브 컴퓨팅이 사모 투자 기업에게서 사들여 자회사로 만들었다. 그러나 2020년 4월 30일 웨이브 컴퓨팅은 법원에 챕터 11 파산 보호(한국의 법인회생제도에 상당)를 신청했다.# 그리고 2021년 3월 1일 파산 보호 상태에서 벗어난 웨이브 컴퓨팅은 8세대 아키텍처부터 MIPS 아키텍처가 아닌 RISC-V 아키텍처를 개발할 것이며, 그럼에도 불구하고 MIPS 아키텍처 라이선스 사업은 계속될 것이라고 한다.#

다만 이를 두고 MIPS가 완전히 죽었다고 말하기에는 아직 시기상조인데, 임베디드 환경에서는 아직도 구형 MIPS 설계가 꽤 사용되고 있기 때문이다. 대표적으로는 라링크/미디어텍, 퀄컴 아데로스, 시스코 등이 네트워크 프로세서에 MIPS를 꾸준히 사용하였다. 물론 이런 분야에서도 천천히 Arm, RISC-V에 밀려나고 있어 시한부 신세이기는 하지만, 당분간은 어느 정도의 존재감을 가지고 있을 것으로 보인다.

MIPS 아키텍처의 전반적인 침체에도 불구하고, 2020년까지 중국 Loongson(龙芯)에서 MIPS ISA의 새로운 CPU를 설계, 제조하였다. IT 기술이 미국에 종속되는 것을 경계하고 미국산 CPU에 백도어가 들어있지 않을까 의심하는 중국에서 국책 사업으로 밀어주고 있기 때문. 2019년에 출시된 Loongson 3A4000이 대충 AMD 엑스카베이터와 비슷하다고 평가받았으니 미국과의 기술격차는 대충 10년 정도로 추정된다. 성능은 느리고 (규모의 경제를 할 수 없으니) 가격은 비싼데다, 운영체제로는 중국산 리눅스 배포판만 쓸 수 있고 프로그램은 태부족하니 애국심, 국산을 강조해도 민간 판매가 잘 될 리가 없어서, 주로 관용, 군용 납품으로 들어가고 있다. 웨이브 컴퓨팅이 MIPS 개발 중단을 선언하자, 2021년 Loongson은 LoongArch라는 자체 아키텍처를 급조하였으나, 기존에 판매된 MIPS64 Loongson CPU가 어디 사라지는 것은 아니기 때문에...

러시아의 바이칼(Baikal)사도 비슷한 이유로 MIPS 프로세서를 밀고 있다. 바이칼은 원래 Arm을 라이선스해서 CPU를 설계해 왔지만 미국의 제재로 이것이 막히면서 MIPS P5600 설계를 대신 구매해 사용하였다. 이는 ISA만 들여오고 마이크로아키텍처는 자체 개발한 중국 Loongson에 비하면 뒤떨어지는 감이 있었고, 자국내에서도 소련 시절부터 ISA와 마이크로아키텍처까지 자체적으로 만든 러시아의 모스크바 스팍연구소의 옐브루스 프로세서와 달리 바이칼사는 원천기술이 없는 회사였기 때문이다. 결국 라이선스를 추가로 구매해 Arm으로 전향하였지만 ARM에서도 Cortex-A57 같은 구형 아키텍처만 사올 수 있었고 덕분에 VLIW라는 한계가 있지만 성능은 그럭저럭 나오는 옐브루스 프로세서와 달리 바이칼의 CPU 성능은 처참하게 떨어졌다.[1] 게다가 러시아-우크라이나 전쟁에 따른 국제사회의 제재로 Arm 라이선스와 TSMC 팹을 사용할 수 없게 되어 바이칼사의 반도체 독립 야망은 물건너가고 말았다. 모스크바 스팍연구소는 러시아 자국 파운드리 회사에서 CPU를 생산해본 경험이 있지만[2] 바이칼사는 TSMC 같은 외국회사에만 의존했기 때문이다.[3] 이 때문에 모스크바 스팍연구소는 여전히 건재한 반면 바이칼사는 결국 2023년 파산하고 만다.#

1.3. CPU 목록

위키백과 문서 참고

VR로 시작하는 것은 NEC에서 만든 커스텀 칩이고, TX로 시작하는 것은 도시바에서 만든 커스텀 칩이다.

1.3.1. 32비트

  • R3000 (1988년 6월)
  • MIPS32
    • Alchemy Au12XX 시리즈: Alchemy라는 회사에서 만든 CPU. 2002년 AMD에서 인수했으나, 2006년 Raza Microelectronics에 매각했다. 이후 넷로직을 거쳐 브로드컴이 소유하고 있다. 2005~2009년에 출시된 PMP에 주로 쓰였다.
  • Lexra: 1997년부터 2003년까지 존재했던 회사로, SGI와는 독립적으로 MIPS 명령어 호환 CPU 코어를 개발했다. SGI에서 소유했던 특허를 피하기 위해서 일부 명령어를 하드웨어로 구현하지 않고 소프트웨어 에뮬레이션으로만 구현했다. 그러나 MIPS Technologies와의 법적 분쟁을 피해 갈 수는 없었고, 합의 하에 MIPS에서 Lexra에 손해 보상과 MIPS 코어 사용권을 허가하는 대신 Lexra의 라이선스 사업이 중단되었다.

1.3.2. 64비트

2. 초당 1백만 단위 명령어 수

CPU의 성능을 나타내는 지표인 MIPS와는 다른 의미의 MIPS이다.

CPU가 명령을 수행하는 속도의 단위는 IPS(초당 명령어 수 : Instructions Per Second)라고 한다. 1초에 명령어 1000개를 수행하면 kIPS(kilo), 1백만 개이면 MIPS(Mega), 10억 개이면 GIPS(Giga)와 같은 식이다. 각각 '킵스', '밉스', '깁스'라고 읽는다.

SISD에서는 초당 명령 수행 개수가 중요했으나, CPU가 발전하고, 단순히 초당 수행 명령 수보다는 초당 실제 데이터 처리량(throughput)이 더 중요해지면서 IPS보다는 FLOPS(초당 부동소수점 연산 수, FLoating point Operations per Second)가 더 중요한 지표로 떠오르게 되었다. 슈퍼컴퓨터의 성능은 보통 FLOPS로 표현한다. 예를 들어 중국의 슈퍼컴퓨터 神威太湖之光(Sunway TaihuLight)의 성능은 93PetaFLOPS이다.

Bochs의 IPS값이 이것이다. CPU의 맞는 IPS값은 위키백과나 Gamepedia를 참고하면 되지만 1MIPS당 1MHz로 집계되기에 쓸모가 없다.[4]
[1] 국내에서도 몇번 리뷰된 성능 덜떨어진 러시아산 PC들이 이 바이칼사의 Arm CPU가 장착된 PC들이다.# 48코어짜리 서버용 A75 CPU가 있긴 하지만 2019년 나온 제온 수준의 성능밖에 안된다.[2] 옐브루스-2S, 옐브루스-4[3] 다만 모스크바 스팍연구소도 서버나 PC에 사용되는 고성능 CPU들은 TSMC에서 생산했다. 자국 파운드리 회사는 산업용이나 군사용등 러시아 내수용 제품만 생산했기 때문에 2020년에서야 65nm 공정 반도체를 생산했기 때문이다.[4] 예를들어 클럭 동기화를 Slowdown으로 설정하면 50MIPS는 50MHz가 된다.

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