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众所周知,在PC及服务器CPU市场,一直都是X86架构的天下,市场也主要是被英特尔和AMD所占据。近年来,在国家的重视和支持之下,国产CPU也迎来了快速的发展。华为、飞腾、海光、兆芯、龙芯和申威则是目前国内为数不多的国产CPU厂商。

但是,不论是出于自主可控、商业化还是生态建设方面的考虑,华为、飞腾、海光、兆芯、龙芯和申威一开始都是选择的是利用原有的各种成熟的CPU指令集架构。

比如,华为、飞腾的CPU主要是基于Arm公司的ARMv8指令集架构授权,海光则是以合资公司的形式从AMD获得了X86指令集授权,兆芯也同样是以合资公司的形式从威盛获得了X86指令集授权,龙芯最初是基于MIPS指令,申威则是基于ALPHA指令集。选择已有的开源的或者可开放授权的CPU指令集架构,则意味着无需从头做起,在可以满足一定的国产自主可控要求的基础上,可以利用已有的软硬件生态,快速得以发展。

不过,近年来由于美国方面对于国产芯片产业的持续打压,华为、飞腾、海光、申威等国产CPU厂商均被美国商务部列入了实体清单。此外,龙芯选择的MIPS指令集也被其拥有者Wave Computing所抛弃(Wave Computing已转投RISC-V阵营)。虽然这些国产CPU厂商仍可以利用第三方的CPU指令集架构进行发展,但是仍引起了国内不少业内人士对于中国没有完全自主的CPU指令集的担忧。

4月15日,龙芯通过官方微信宣布,龙芯自主指令系统架构(Loongson Architecture,以下简称龙芯架构或LoongArch)的基础架构已通过了国内第三方知名知识产权评估机构的评估,并在2021年信息技术应用创新论坛主论坛上正式对外发布。

据介绍,2020年,龙芯中科基于二十年的CPU研制和生态建设积累推出了龙芯架构(LoongArch),包括基础架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分,近2000条指令。更为关键的是,全新的龙芯架构已不再包含MIPS指令系统。

龙芯表示,LoongArch架构具有完全自主、技术先进、兼容生态三方面特点。

在具体的架构设计上,LoongArch从整个架构的顶层规划,到各部分的功能定义,再到细节上每条指令的编码、名称、含义,在架构上进行自主重新设计,具有充分的自主性。

在性能方面,得益于摒弃了传统指令系统中已不合时宜的陈旧内容,以及对于指令系统设计领域的先进技术的发展,与原有兼容指令系统相比,LoongArch不仅在硬件方面更易于高性能低功耗设计,而且在软件方面更易于编译优化和操作系统、虚拟机的开发。

在兼容性方面,LoongArch融合了各国际主流指令系统的主要功能特性,同时依托龙芯团队在二进制翻译方面十余年的技术积累创新,不仅能够确保现有龙芯电脑上应用二进制的无损迁移,而且能够实现多种国际主流指令系统的高效二进制翻译。也就是说,LoongArch可以兼容多种国际主流的指令系统。

为了避免外界对于LoongArch与其他国际主流的指令系统是否存在知识产权风险的担忧,龙芯从2020年二季度开始,已经委托国内第三方知名知识产权评估机构对龙芯基础架构进行深入细致的知识产权评估。双方投入上百人月,将LoongArch与ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等国际上主要指令系统有关资料和几万件专利进行深入对比分析后得出结论:

1、LoongArch在指令系统设计、指令格式、指令编码、寻址模式等方面进行了自主设计。

2、LoongArch指令系统手册在章节结构、指令说明结构和指令内容表达方面与上述国际上主要指令系统存在明显区别。

3、未发现LoongArch基础架构对上述国际主要指令系统中国专利的侵权风险。

也就是说,龙芯的LoongArch指令集在实现兼容多种国际主流的指令系统的基础上,拥有完全的自主知识产权,做到了完全的自主可控。

龙芯表示,Loongson Architecture对中国集成电路产业而言是一个历史性突破。

据龙芯透露,龙芯中科从2020年起新研的CPU均支持LoongArch架构。目前,支持龙芯架构的龙芯3A5000处理器芯片已经流片成功,基于新架构的完整操作系统已经在3A5000计算机上稳定运行。从其它主流指令系统到LoongArch的二进制翻译系统已经可以在3A5000计算机上演示运行基于其它主流指令系统的复杂应用程序。

另外,龙芯中科已经在一定范围内发布LoongArch的基础架构指令系统手册。待完成包括境外专利分析在内的进一步知识产权评估后,龙芯中科将在更大范围内发布更完整的LoongArch指令系统手册。龙芯中科还将联合产业链伙伴在适当的时间建立开放指令系统联盟,在联盟成员内免费共享LoongArch及有关龙芯IP核。

龙芯表示:“指令系统是软件生态的起点,只有从指令系统的根源上实现自主,才能打破软件生态发展受制于人的锁链。龙芯自主指令系统的推出,是龙芯中科长期坚持自主研发理念的重要成果体现,是在完成CPU性能补课、全面转向生态建设历史关头的重大技术跨越,标志着龙芯中科在自主信息技术体系和产业生态建设方面从跟随性发展的必然王国走向了自主发展的自由王国。”

编辑:芯智讯-浪客剑    资料来源:龙芯

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标签

加速器

发布日期

2021年08月07日

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