MIPSアーキテクチャとは？RISCの概要・歴史・用途をわかりやすく解説

MIPSアーキテクチャは、1981年にスタンフォード大学で開発されたコンピュータ用の命令セット（ISA）です。名前はMicroprocessor without Interlocked Pipeline Stagesの頭文字をとっていた（MIPS）に由来し、設計思想は主にRISC（簡潔な命令セットコンピュータ）に基づいています。典型的なMIPS実装は、命令が固定長であること、ロード／ストア方式のメモリアクセスを採用すること、そしてシンプルなパイプライン構造を持つことが特徴です。当初は32ビットのバスを使っていたものが多く、1991年以降は64ビット実装（MIPS64など）も普及しました。

主な特徴

• 固定長命令（従来は32ビット）：命令の長さが一定なため、命令フェッチやデコードが単純になり、パイプライン化に有利です。
• ロード／ストアアーキテクチャ：メモリからの読み書きは専用命令で行い、演算命令はレジスタ同士で実行します。
• レジスタ中心設計：汎用レジスタを多く用意し、頻繁なメモリアクセスを避けることで性能向上を図ります（古典的なMIPSでは32本の汎用レジスタ）。
• パイプライン化：典型的には5段（IF/ID/EX/MEM/WB）程度のパイプラインを採用。命令レベルの並列処理がしやすい構造です。
• インターロックを最小化：ハードウェアによる自動停止（インターロック）を可能な限り減らし、コンパイラ側で命令スケジューリングを行う設計思想があります（名前にある “without Interlocked Pipeline Stages” が示す点）。
• 拡張性：整数・浮動小数点演算、SIMD風の拡張、64ビット化など、用途に応じた拡張が行われてきました。

動作のポイント（わかりやすく）

パイプラインは流水線のように命令を分割して並列実行しますが、ある命令の結果を次の命令が即座に必要とする場合などには“ハザード”が発生します。MIPS設計では、ハードウェアでの自動ストール（インターロック）をなるべく減らし、コンパイラが命令の順序を入れ替えてハザードを回避することで高速化を図るというアプローチを採ります。さらに、フォワーディング（データ転送）やパイプラインバブル（意図的な待ち）などで実行の整合性を保ちます。

歴史と普及

MIPSの基礎は1980年代にスタンフォードで生まれ、その後商用化され、多くのベンダーに採用されました。1990年代には、MIPS実装が生産されたRISCマイクロプロセッサの中で大きなシェアを占め、当時は「生産されたRISCマイクロプロセッサの3台に1台がMIPS実装である」と推定されるほど広く使われました。主な採用先には、Digital Equipment Corporation、NEC、Pyramid Technology、Siemens Nixdorf、Tandem Computersなどがあり、さらにSGIのワークステーションでも長く採用されていました（SGI製品では2006年後半まで多くの製品にMIPSが使われていました）。

用途と採用例

MIPSは組み込み用途で特に強みを発揮しました。2015年時点では、MIPSの実装は主に次のような分野で見られます：

• Windows CEを搭載するデバイス
• ルータやネットワーク機器
• 家庭用ゲートウェイなどの組み込みネットワーク機器
• ソニー・プレイステーション、プレイステーション2、プレイステーション・ポータブルなどのビデオゲーム機など（ゲーム機の主要CPUとして採用された例）
• 各種の組み込みシステム全般（低消費電力で高効率なSoCに組み込まれるケース）

このほか、過去には汎用ワークステーションやサーバ分野でも用いられましたが、携帯機器などではARMアーキテクチャが主流となり、用途がよりニッチな組み込み分野やネットワーク機器にシフトしていきました。

派生と世代

MIPSは単一の仕様ではなく、時代と用途に合わせて命令セットや拡張が追加されてきました。代表的な世代としてはMIPS Iから始まり、MIPS II、MIPS III（64ビット対応のMIPS64へ）、さらに後のバリエーションや拡張（浮動小数点、SIMD風拡張、アプリケーション固有の拡張など）があります。商用ではMIPS32、MIPS64といったプロファイル名で区別されることが多く、組み込み向けにライセンス提供されるコアの形でも広がりました。

利点と注意点

• 利点：回路設計が比較的単純で高クロック化しやすく、コンパイラ技術と相性が良い。固定長命令とロード／ストア設計によりデコードやパイプラインの効率が高い。
• 注意点：ハードに依存する自動インターロックを減らす設計のため、コンパイラの役割が大きい。アーキテクチャ自体はシンプルだが、実効性能はマイクロアーキテクチャの実装や最適化に強く依存する。

まとめると、MIPSアーキテクチャはRISCの基本原理を具現化した設計であり、特に組み込み機器やネットワーク機器、かつてはワークステーションやゲーム機で広く採用されました。固定長命令やロード／ストア方式、パイプライン最適化という特徴により、設計の単純さと高効率を両立させた点が歴史的な強みです。

質問と回答

Q:MIPSアーキテクチャとは何ですか?

Q:MIPSとは何の略ですか?

Q:MIPSアーキテクチャにおけるRISCとは何ですか?

Q:MIPSアーキテクチャでRISCを使うメリットは何ですか?

Q:MIPSアーキテクチャの初期バージョンで使用されていたバスアーキテクチャは何ですか?

Q:MIPSアーキテクチャで64ビットアーキテクチャが採用されたのはいつですか?

Q:MIPSの実装は主にどのようなシステムで使用されていますか?

文字で検索