MIPS se hace Open Source con Wave Computing

Wave Computing

La empresa Wave Computing en Campbell, California,  anunció el lunes 17 de diciembre que pondría MIPS en código abierto, con MIPS Instruction Set Architecture (ISA – Arquitectura de Juego de Instrucciones MIPS-)  y el último núcleo R6 de MIPS disponible en el primer trimestre de 2019.

En el año 1981, un equipo de la Universidad de Stanford comenzó a trabajar en lo que se convertiría en el primer procesador MIPS. Su objetivo era mejorar drásticamente el rendimiento de los procesadores mediante el uso de la “segmentación”. Un procedimiento donde la ejecución de una instrucción es dividida en varias etapas, comenzando la ejecución de la 1era etapa de la siguiente instrucción antes de que haya finalizado la ejecución de la instrucción anterior.
 
Este sistema era diferente, a los diseños tradicionales que a todos nos han explicado respecto al funcionamiento de un procesador donde se esperaba la finalización por completo de una instrucción antes de pasar a la siguiente instrucción, de modo que gran parte de la CPU permanecía inactiva mientras el proceso de ejecución se sucedía.
 
Además, la frecuencia de reloj de todo el procesador venía dictado por la latencia del ciclo completo, en lugar de por el llamado camino crítico, latencia de la etapa de segmentación que más tarda en completarse.
 
Con el tiempo los diseños del MIPS se hicieron célebres al ser utilizados por SGI (Silicon Graphics International) fabricante que comenzó haciendo terminales gráficas en 1982 y que es líder mundial en soluciones de alto rendimiento para computación, análisis de datos y gestión de datos.
 
Entre  la línea de productos creados por MIPS existen muchos sistemas embebidos  y dispositivos para Windows CE, routers Cisco y videoconsolas como la Nintendo 64 o las Sony PlayStation, PlayStation 2 y PlayStation Portable, hasta  la propia NASA usó uno de ellos en la sonda New Horizons más recientemente.​
 
La arquitectura fue evolucionando y las empresas que la han comercializado, hasta llegar a la actual Wave Computing. Gracias a que los diseñadores crearon un conjunto de instrucciones tan claro y sencillo, muchos cursos sobre arquitectura de ordenadores en universidades y escuelas técnicas se han basado en la arquitectura MIPS, la cual ha influido de manera notable en otras arquitecturas RISC posteriores.
 
Como afirmaba Junko Yoshida en EETimes, sin lugar a dudas, este año 2018 fue sin duda el año en de RISC-V, que comenzó a generar impulso entre los ingenieros de chips con hambre de conjuntos de instrucciones de código abierto. Pero  para 2019, RISC-V no será el único juego en la ciudad, MIPS contraataca.
 
Art Swift, un ex alumno de MIPS que trabajó en la empresa como vicepresidente de marketing y desarrollo de negocios durante cuatro años y.contratado recientemente por Wave Computing, describió la medida como fundamental para acelerar la adopción de MIPS. El código abierto es "un gran plan" que el CEO de Wave, Derek Meyer, un veterano de MIPS, ha estado promoviendo silenciosamente desde que Wave adquirió MIPS Technologies en junio de 2018, explicó Swift.
 
Wave, que se define como una startup tecnológica preparada para llevar "la inteligencia artificial y el aprendizaje profundo desde el centro de datos hasta el límite", considera a MIPS como una clave para hacer avanzar la inteligencia artificial de Wave en una gran cantidad de usos y aplicaciones.
 
En los conjuntos de instrucciones MIPS se incluyen extensiones como SIMD (instrucción única, datos múltiples) y DSP. Swift prometió que MIPS brindará a la comunidad de código abierto conjuntos de instrucciones "listos para uso comercial" con arquitectura de "fuerza industrial". "Los diseñadores de chips tendrán la oportunidad de diseñar sus propios núcleos basados ​​en conjuntos de instrucciones probados y bien probados para cualquier propósito", dijo Swift.
 
Según Swift, desde el año 2000, se han producido 8.5 mil millones de chips basados ​​en núcleos MIPS, y una amplia gama de clientes emplean esta arquitectura como Microchip, Mobileye (ahora una empresa de Intel), MediaTek o Denso.
 
A pesar de contar con el respeto de los ingenieros de ordenadores, MIPS no ha sido estable, MIPS han intentado luchar para construir su ecosistema y generar impulso, pero la realidad es que MIPS está muy por detrás a día hoy. El objetivo de Wave por tanto era revertir una tendencia que se veía en espiral descendente desde hace mucho tiempo.
 
¿Es tarde para esta estrategia?
 
Junko Yoshida relata que cuando se le preguntó a Swift cómo reaccionaron los socios actuales de MIPS al plan de Wave para un MIPS Open Source, dijo: "Se quedaron boquiabiertos". Entre los comentarios: "Si esto hubiera sucedido hace dos o tres años, RISC-V nunca habría nacido".
 
Así que cuando nos preguntamos si MIPS está llegando a la comunidad de código abierto demasiado tarde, las opiniones de la industria parecen divididas: Linley Gwennap, analista principal de Linley Group, declaro a Yoshisda: "MIPS está ciertamente detrás de RISC-V en la mente de la comunidad de código abierto…", "…fue incapaz de hacer este movimiento anteriormente debido a sus diversas transiciones en la propiedad del negocio” pero agregó: "Dadas las ventajas que ofrece, creo que todavía hay tiempo para que gane su  diseño (de la arquitectura MIPS) ".
 
Para Gwennap el ISA  de MIPS es más completo que RISC-V, al incluir por ejemplo las extensiones DSP y SIMD, que aún no están implementadas en RISC-V
 
Además, MIPS es una ISA probada comercialmente que ya ha fabricado miles de millones chips durante más de dos décadas, dijo Gwennap, "Las herramientas de desarrollo de software de MIPS son más maduras". Además, señaló que "MIPS también proporciona protección de patentes y una autoridad central para evitar la fragmentación de ISA, de las cuales RISC-V carece. Estos factores le dan a MIPS una ventaja para implementaciones comerciales, particularmente para núcleos orientados al cliente ".
 
Otro de los entrevistados Rupert Baines, CEO de UltraSoC, compañía con sede en Cambridge que suministra tecnología avanzada de depuración y analítica para sistemas integrados y partidario activo de RISC-V.  dijo a EE Times: "Dado el impulso de RISC-V, el código abierto de MIPS es un movimiento interesante y astuto…", "…MIPS ya tiene una gran cantidad de herramientas de calidad y entorno de software. Esta es una forma inteligente de amplificar la ventaja de MIPS, sin perder mucho". Baines siempre ha sostenido que elegir un núcleo de procesador "no debería ser una guerra religiosa", así que, para algunos diseñadores de SoCs, "MIPS puede ser una alternativa a la adopción de RISC-V".

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¿Por qué es tan importante la ISA?

Todo el rato estamos hablando de la ISA de MIPS, es decir el repertorio de instrucciones de una unidad central, pero entendamos un poco su función.
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Una ISA es una especificación que detalla las instrucciones que una unidad central de procesamiento puede entender y ejecutar, o el conjunto de todos los comandos implementados por un diseño particular de una CPU. El término describe los aspectos del procesador generalmente visibles para un programador, incluyendo los tipos de datos nativos, las instrucciones, los registros, la arquitectura de memoria y las interrupciones, entre otros aspectos.
 
La ISA se emplea a veces para distinguir este conjunto de características de la microarquitectura, que son los elementos y técnicas que se emplean para implementar el conjunto de instrucciones. Entre ellos las microinstrucciones y los sistemas de caché.
 
Para que lo entendamos: Procesadores con diferentes diseños internos pueden compartir un conjunto de instrucciones, así por ejemplo, los Intel Pentium y los AMD Athlon implementan versiones casi idénticas del conjunto de instrucciones x86, aunque tienen diseños diferentes.
 
Así pues existen principalmente tres tipos de ISA: CISC (Complex Instruction Set Computer), RISC (Reduced Instruction Set Computer) y SISC (Simple Instruction Set Computing) siendo MIPS un rival directo para equipos de la arquitectura RISC, concretamente la actual RISC-V actual desarrollo de esta.
 
Los desafíos de MIPS

Para poder llevar a cabo esta estrategia los participantes en el programa MIPS Open tendrán acceso gratuito a las versiones más recientes de la ISA MIPS de 32 bits y de 64 bits sin licencias o tarifas, según MIPS.
 
El éxito futuro de MIPS dependerá en gran medida de los esfuerzos de la comunidad. "La vibrante y próspera comunidad que podemos construir es una clave", reconoció Swift. Ir a "código abierto" no puede ser solo un mantra vacío. “Todos los esfuerzos de código abierto deben ser totalmente respaldados y gestionados adecuadamente. La comunidad debe poder apoyar su propio desarrollo ", agregó Swift.
 
Entonces, ¿quién gestionará el programa MIPS Open?
 
Aún se está discutiendo dentro de un comité directivo, según dijo Swift. La gestión adecuada es realmente crítica para asegurar a los clientes de MIPS que las herramientas de desarrollo, las aplicaciones u otras funciones y servicios de valor agregado proporcionados por el ecosistema MIPS Open se ajustarán a las nuevas implementaciones. El mismo Swift es muy consciente de los desafíos en la construcción de una comunidad de código abierto.
 
prpl Foundation
 
Cuando se le preguntó quién ejecutará el programa MIPS Open, Swift sugirió construir una nueva base o trasladarla a un grupo de código abierto ya existente, como la prpl Foundation, cuyos miembros incluyen Arris Technology, Intel, Vodafone, Qualcomm, Broadcom y otros.
 
La prpl Foundation, fundada en 2015, es un consorcio de código abierto impulsado por la comunidad, centrado en habilitar la seguridad y la interoperabilidad de los dispositivos integrados, como los equipos de las instalaciones del cliente, IoT y los sistemas de pasarela doméstica, según Swift.
 
Aunque de momento, la iniciativa MIPS Open será moderada por Wave Computing y un comité asesor que incluirá fabricantes de equipos originales, socios, universidades y líderes en la industria que ayudarán a guiar las innovaciones impulsadas por la comunidad en MIPS, además de socios de verificación certificados que ayudarán a garantizar la compatibilidad de las implementaciones y evitar la fragmentación de la arquitectura.
 
Pero… ¿Qué pasa con los ingresos por licencias?
 
Wave podría hacer crecer la relevancia de MIPS al utilizar el código abierto en la era del crecimiento de RISC-V. Sin embargo, como señaló Gwennap, "este enfoque dificulta que MIPS obtenga ingresos por licencias", “…el desafío es encontrar un modelo de negocio que equilibre la disponibilidad en abierto con la generación de ingresos".

Wave Computing

Inteligencia Artificial para todos
 
En otro orden de cosas, pero muy importante en el caso que nos ocupa, para Wave Computing, la promoción de “IA para todos” (Inteligencia Artifical para todos) con planes para licenciar las IP de Wave en Inteligencia Artificial, MIPS se considera fundamental para acelerar su modelo de IA en el mercado. Respecto a esto Lee Flanagin, vicepresidente senior y director de negocios de Wave, dijo en una declaración:
 
Las soluciones basadas en MIPS desarrolladas bajo MIPS Open complementarán nuestros núcleos IP MIPS existentes y futuros que Wave continuará creando y otorgando licencias a nivel mundial como parte de nuestra cartera general de sistemas, soluciones e IP. Esto asegurará que los clientes actuales y nuevos de MIPS tendrán una amplia gama de soluciones entre las que elegir para sus diseños de SoC y también tendrán acceso a una comunidad y ecosistema de desarrollo vibrante de MIPS.
 
En estos momentos la combinación de la tecnología de procesado de flujo de datos basada en procesadores (DPU) de Wave Computing y la tecnología IP multiproceso de procesadores MIPS de 64 bits permite  uno de los conjuntos más amplio de aplicaciones de deep learning y aplicaciones inferenciales en la nube: desde sistemas de automatización del hogar, dispositivos IoT y vehículos autónomos, hasta las aplicaciones de detección de defectos y otras muchas, así que hablamos de una tecnología con un gran número de campos de aplicación.
 
¿Qué ocurre con las patentes MIPS?
 
Un grave problema a resultar es que durante mucho tiempo, los MIPS sufrieron la percepción por parte de los analistas de la industria de que la arquitectura era antigua y además algunas patentes de MIPS podrían haber expirado, así que la reputación de MIPS se erosionó aún más en la última década con la venta de patentes después de que MIPS Technologies se vendiera a Imagination Technologies en 2012.
 
Paralelamente a su venta a Imagination, MIPS también firmó un acuerdo por separado para vender patentes a Bridge Crossing que obtuvo 498 de los 580 activos de patentes de MIPS, mientras que MIPS retuvo las 82 propiedades de patentes restantes directamente relevantes para la arquitectura MIPS  otorgando a su vez licencia perpetua y sin royalties a todas las patentes vendidas a Bridge Crossing.
 
Ha sido una época de giros y vueltas en la propiedad de las patentes MIPS, pero Wave anunció que los participantes en el programa MIPS Open tendrán licencia de acuerdo con las cientos de patentes mundiales existentes de MIPS.
 
Así que si todo esto acaba bien puede que en el nuevo año que comienza veamos un resurgir de MIPS y una emocionante nueva batalla en la arquitectura RISC si la comunidad de desarrollo acepta el nuevo modelo propuesto por Wave Computing, donde están en juego las más modernas aplicaciones en campos tan actuales como la Inteligencia Artificial.
 
Puedes encontrar toda la información sobre este trabajo de Junko Yoshida para EETimes haciendo clic aquí.

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​Autor: Rubén Luna S. 

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