核心概览

Broadcom是全球领先的半导体与基础设施软件公司，其业务范围极广，从网络交换机、路由器、Wi-Fi芯片，到有线电视调制解调器、智能手机射频芯片等无所不包，在这些领域，特别是网络设备中，Broadcom长期是MIPS架构最坚定、最大规模的使用者之一。

broadcom MIPS处理器
（图片来源网络，侵删）

Broadcom的MIPS处理器并非面向普通消费者的通用CPU（如PC或手机），而是高度集成、高度定制化的系统级芯片或网络处理器，它们的核心价值在于将高性能的MIPS CPU核心与Broadcom专有的网络硬件（如交换结构、包处理引擎、加密加速器等）无缝集成在单一芯片上。

Broadcom使用MIPS的原因

Broadcom选择MIPS架构作为其网络设备的核心,主要有以下几个关键原因：

  • 高性能与高效率：MIPS架构以其简洁、规整的设计著称，在特定工作负载下（如网络数据包处理）能提供极高的指令执行效率,这对于需要处理海量数据包的路由器和交换机至关重要。
  • 可定制性与授权模式：与ARM类似，MIPS架构采用IP核授权模式，Broadcom可以根据自身产品的具体需求，选择不同性能的MIPS核心（如MIPS32或MIPS64），并将其与自己的专用硬件模块进行深度定制（SoC设计）,这种灵活性是x86架构无法比拟的。
  • 成熟稳定且生态成熟：在Broadcom大规模采用MIPS的时期，MIPS架构已经非常成熟，拥有完善的开发工具链、编译器和操作系统支持（如Linux），对于需要长期稳定运行的企业级网络设备来说,成熟稳定是首要考虑因素。
  • 避免x86的授权与成本问题：使用自研的MIPS核心，Broadcom可以摆脱对Intel x86架构的依赖，避免了高昂的授权费用,并且完全掌握核心技术的迭代节奏。

Broadcom MIPS处理器的典型应用场景

Broadcom的MIPS处理器几乎是其所有网络设备“大脑”,具体应用包括：

  • 企业级/运营商级路由器：处理高速互联网流量，运行复杂的路由协议（如BGP、OSPF）。
  • 网络交换机：数据中心、园区网的核心和接入层交换机,负责高速数据帧的转发。
  • Wi-Fi接入点 和路由器：在高端家庭和企业Wi-Fi设备中，运行复杂的网络操作系统,处理安全策略和流量管理。
  • 有线电视调制解调器：处理DOCSIS协议,连接有线电视网络和互联网。
  • 存储系统：在一些网络附加存储设备中，也可见到Broadcom MIPS处理器的身影。

架构与产品线（历史与现状）

Broadcom的MIPS处理器产品线非常丰富，并且随着时间不断演进,我们可以从几个阶段来看：

broadcom MIPS处理器
（图片来源网络，侵删）

第一阶段：经典MIPS核心集成

在这个阶段，Broadcom主要从MIPS公司（后被Wave Computing收购）授权标准的MIPS核心,然后将其集成到自己的SoC中。

  • MIPS32核心：广泛用于中低端产品，基于MIPS32 24K或MIPS32 34K核心的芯片，这些核心在能效和性能上取得了很好的平衡,被用于大量路由器和交换机。
  • MIPS64核心：用于高端产品，基于MIPS64 74K或更高级别的MIPS64 1004K多核心处理器,为运营商级设备提供强大的处理能力。

第二阶段：自研“Pulse”系列核心

为了获得更强的性能和差异化优势，Broadcom开始投入巨资研发自己的MIPS核心，其中最著名的自研系列就是 Pulse。

  • Pulse 核心：这是Broadcom的“秘密武器”，是其网络处理器的核心，Pulse核心并非遵循标准的MIPS指令集，而是在MIPS架构基础上进行了大量深度定制和扩展。
    • 专有指令：增加了专门为网络数据包处理优化的指令集，可以高效地完成查表、数据包解析、修改等操作。
    • 多线程：支持硬件多线程，可以在单个核心上并发执行多个任务,极大提高了处理网络突发流量的能力。
    • 高频率：Pulse核心可以运行在非常高的频率下,提供极高的单核性能。

基于Pulse核心的代表性SoC：

  • Trident系列：这是数据中心交换机领域的明星产品线，如Trident、Trident+、Trident II、Trident 3等，每一代Trident芯片都集成了更先进的Pulse核心和更大的交换容量,定义了数据中心交换机市场多年的技术走向。
  • Tomahawk系列：这是更高性能的交换芯片，面向超大规模数据中心和运营商网络,其集成度和性能比Trident系列更上一层楼。

第三阶段：现状与转向 (MIPS生态衰退)

这是理解Broadcom MIPS处理器现状的关键。

broadcom MIPS处理器
（图片来源网络，侵删）

  1. MIPS架构的衰落：由于商业竞争和经营不善，原MIPS公司逐渐走向衰落，其架构创新停滞，生态系统（编译器、工具）也落后于ARM和RISC-V,这使得继续依赖MIPS架构风险越来越高。

  2. Broadcom的战略转向：面对MIPS生态的不确定性，Broadcom作为其最大的客户，不得不开始规划“后路”，从几年前开始，Broadcom在其新一代旗舰产品中，逐步停止使用MIPS架构，转而采用自己的ARM架构核心。

  3. 典型案例：Tomahawk 5 (TH5)

    • Tomahawk 4 (TH4)：其内部CPU核心仍然是基于MIPS的Pulse核心。
    • Tomahawk 5 (TH5)：据业界分析，TH5芯片中的CPU核心已经切换为ARM架构，这是一个里程碑式的转变,标志着Broadcom正式放弃了在其最顶尖产品线上使用MIPS架构。

  4. “双轨制”与存量市场

    • 新产品：面向未来的高端交换芯片（如未来的Tomahawk 6）将毫无疑问地继续使用ARM或未来的自研架构。
    • 存量市场：市场上仍有数以亿计的正在运行的设备使用基于Broadcom MIPS处理器的芯片，这些设备的生命周期可能长达5-10年甚至更久，Broadcom在可预见的未来，仍然需要为这些MIPS芯片提供固件更新、技术支持和生命周期管理。

Broadcom的MIPS处理器是一部生动的半导体行业缩影：

  • 曾经的王者：它是MIPS架构在企业网络领域最成功的应用典范，通过高度定制化的SoC设计,构建了难以撼动的市场壁垒。
  • 核心价值：其价值不在于通用的MIPS IP核，而在于Broadcom将MIPS核心与自身庞大的网络硬件知识相结合，打造出的“杀手级”SoC产品。
  • 时代的变迁：随着MIPS生态的衰落，Broadcom为了自身业务的长期安全，果断地开启了架构迁移之路,从MIPS转向ARM。
  • 遗产与未来：Broadcom MIPS处理器的历史遗产将长期存在于庞大的存量设备中，而其未来则清晰地指向了基于ARM（或其他）的、更强大、更集成的系统级芯片。

当你在使用思科、Juniper、Arista或华为等厂商的高端交换机和路由器时，其内部“跳动”的“心脏”很可能就曾是一颗由Broadcom精心打造的MIPS处理器,它们是过去二十年互联网基础设施的默默功臣。