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09-03 2021

从必然王国到自由王国,龙芯重磅推出自主指令系统架构LoongArch

从必然王国到自由王国,龙芯重磅推出自主指令系统架构LoongArch

近日,龙芯(xin)自主指令系统架构(gou)(Loongson Architecture,以(yi)下(xia)简称龙芯(xin)架构(gou)或(huo)LoongArch)的(de)基础架构(gou)通过国内第(di)三(san)方知名知识产权评估机构(gou)的(de)评估,并在2021年信息技术应用创新(xin)论坛(tan)主论坛(tan)上正(zheng)式对外发布(bu)。

CPU指(zhi)令(ling)(ling)(ling)(ling)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统是(shi)计(ji)算机的软(ruan)硬件(jian)界面,是(shi)CPU所执行的软(ruan)件(jian)指(zhi)令(ling)(ling)(ling)(ling)的二进制(zhi)(zhi)编码格式(shi)规范。一(yi)种指(zhi)令(ling)(ling)(ling)(ling)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统承载(zai)了一(yi)个软(ruan)件(jian)生(sheng)(sheng)(sheng)态(tai)(tai),如X86指(zhi)令(ling)(ling)(ling)(ling)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统和Windows操(cao)作(zuo)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统形(xing)成的Wintel生(sheng)(sheng)(sheng)态(tai)(tai)以(yi)(yi)及ARM指(zhi)令(ling)(ling)(ling)(ling)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统和Android操(cao)作(zuo)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统形(xing)成的AA生(sheng)(sheng)(sheng)态(tai)(tai)。国外CPU厂商以(yi)(yi)指(zhi)令(ling)(ling)(ling)(ling)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统作(zuo)为控制(zhi)(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)态(tai)(tai)的手(shou)段,需(xu)要获得“授权(quan)”才能(neng)研制(zhi)(zhi)与之(zhi)相兼容的CPU。采用授权(quan)指(zhi)令(ling)(ling)(ling)(ling)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统可以(yi)(yi)研制(zhi)(zhi)产(chan)品,但不可能(neng)形(xing)成自主(zhu)产(chan)业生(sheng)(sheng)(sheng)态(tai)(tai),就(jiu)像中国人可以(yi)(yi)用英(ying)文写小说,但不可能(neng)基于英(ying)文形(xing)成中华民族(zu)文化。

目(mu)前,构(gou)建自主可(ke)控的(de)(de)信息(xi)(xi)技术体系(xi)和(he)产(chan)业生(sheng)态已成(cheng)为共识(shi),同时自主产(chan)业生(sheng)态企业也深切感受到,“在别人的(de)(de)墙基(ji)上砌房(fang)子,再大(da)再漂(piao)亮(liang)也可(ke)能经(jing)不(bu)起(qi)风雨,甚至会不(bu)堪(kan)一击”,而指(zhi)(zhi)令系(xi)统(tong)(tong)就是信息(xi)(xi)产(chan)业的(de)(de)墙基(ji),基(ji)于国(guo)外(wai)授权(quan)的(de)(de)指(zhi)(zhi)令系(xi)统(tong)(tong)难以建设(she)自主的(de)(de)信息(xi)(xi)技术体系(xi)和(he)产(chan)业生(sheng)态。2020年,龙(long)芯中(zhong)科基(ji)于二十年的(de)(de)CPU研制(zhi)和(he)生(sheng)态建设(she)积累推出了龙(long)芯架构(gou)(LoongArch),包(bao)括基(ji)础架构(gou)部分和(he)向量指(zhi)(zhi)令、虚拟(ni)化、二进制(zhi)翻译等(deng)扩展部分,近2000条指(zhi)(zhi)令。龙(long)芯架构(gou)不(bu)包(bao)含MIPS指(zhi)(zhi)令系(xi)统(tong)(tong)。

龙芯(xin)架构(gou)具有完全自主、技术(shu)先(xian)进、兼容(rong)生态三方面特点。

龙(long)芯架(jia)构从整个(ge)架(jia)构的顶层规(gui)划,到各(ge)部分的功能定义(yi),再到细节上(shang)每条(tiao)指令的编(bian)码、名称、含义(yi),在架(jia)构上(shang)进(jin)行自(zi)主(zhu)重新设计,具(ju)有(you)充分的自(zi)主(zhu)性。

龙芯架(jia)构摒弃了传统(tong)(tong)指(zhi)(zhi)令系(xi)统(tong)(tong)中部(bu)分不适应当(dang)前软(ruan)硬件(jian)(jian)设(she)计(ji)(ji)(ji)技(ji)术发展趋势的陈旧内(nei)容,吸纳了近年来指(zhi)(zhi)令系(xi)统(tong)(tong)设(she)计(ji)(ji)(ji)领域(yu)诸多(duo)先进的技(ji)术发展成果。同原有(you)兼容指(zhi)(zhi)令系(xi)统(tong)(tong)相(xiang)比,不仅(jin)在(zai)硬件(jian)(jian)方面(mian)更(geng)易(yi)(yi)于(yu)高性能低功(gong)耗(hao)设(she)计(ji)(ji)(ji),而且(qie)在(zai)软(ruan)件(jian)(jian)方面(mian)更(geng)易(yi)(yi)于(yu)编译优(you)化和(he)操作系(xi)统(tong)(tong)、虚拟机的开发。

龙(long)芯架构在(zai)设计时充分考虑兼容(rong)生态需(xu)求,融合(he)了各国际主流(liu)指令(ling)系(xi)统(tong)(tong)的主要(yao)功能(neng)(neng)(neng)特(te)性,同时依托龙(long)芯团队在(zai)二(er)进(jin)制(zhi)翻(fan)译方(fang)面十余年的技术积(ji)累创新,不仅能(neng)(neng)(neng)够确(que)保现(xian)有(you)龙(long)芯电(dian)脑上(shang)应用二(er)进(jin)制(zhi)的无损迁(qian)移,而且能(neng)(neng)(neng)够实现(xian)多种国际主流(liu)指令(ling)系(xi)统(tong)(tong)的高效二(er)进(jin)制(zhi)翻(fan)译。

目前,支持龙芯(xin)架构的(de)(de)龙芯(xin)3A5000处理器芯(xin)片已(yi)(yi)经(jing)流片成功,基(ji)于(yu)新架构的(de)(de)完(wan)整操作系(xi)(xi)(xi)统已(yi)(yi)经(jing)在3A5000计算机上稳定运行。从其(qi)它主流指(zhi)令(ling)系(xi)(xi)(xi)统到LoongArch的(de)(de)二进(jin)制翻(fan)译系(xi)(xi)(xi)统已(yi)(yi)经(jing)可以(yi)在3A5000计算机上演示运行基(ji)于(yu)其(qi)它主流指(zhi)令(ling)系(xi)(xi)(xi)统的(de)(de)复杂应用程序。龙芯(xin)中(zhong)科从2020年起新研的(de)(de)CPU均(jun)支持LoongArch架构。

龙(long)(long)芯(xin)(xin)中科高度重(zhong)视与龙(long)(long)芯(xin)(xin)架构(gou)(gou)(gou)相关(guan)的(de)知(zhi)识产权(quan)(quan)工(gong)作,委(wei)托国内第三(san)方(fang)知(zhi)名知(zhi)识产权(quan)(quan)评估机构(gou)(gou)(gou)对(dui)龙(long)(long)芯(xin)(xin)基础架构(gou)(gou)(gou)进行深(shen)入细(xi)致(zhi)的(de)知(zhi)识产权(quan)(quan)评估。从2020年二(er)季(ji)度开始,双方(fang)投入上(shang)百人月,将LoongArch与ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等国际上(shang)主(zhu)要(yao)指(zhi)令(ling)(ling)(ling)系(xi)统(tong)(tong)有关(guan)资(zi)料和几万(wan)件专利进行深(shen)入对(dui)比分析。2021年1月,针对(dui)被评估的(de)基础架构(gou)(gou)(gou)版本(ben)该评估机构(gou)(gou)(gou)认(ren)为:(1)LoongArch在指(zhi)令(ling)(ling)(ling)系(xi)统(tong)(tong)设计(ji)、指(zhi)令(ling)(ling)(ling)格式(shi)、指(zhi)令(ling)(ling)(ling)编码(ma)、寻(xun)址模式(shi)等方(fang)面进行了自主(zhu)设计(ji)。(2)LoongArch指(zhi)令(ling)(ling)(ling)系(xi)统(tong)(tong)手(shou)册在章节结构(gou)(gou)(gou)、指(zhi)令(ling)(ling)(ling)说明结构(gou)(gou)(gou)和指(zhi)令(ling)(ling)(ling)内容表(biao)达方(fang)面与上(shang)述国际上(shang)主(zhu)要(yao)指(zhi)令(ling)(ling)(ling)系(xi)统(tong)(tong)存在明显区(qu)别。(3)未发现LoongArch基础架构(gou)(gou)(gou)对(dui)上(shang)述国际主(zhu)要(yao)指(zhi)令(ling)(ling)(ling)系(xi)统(tong)(tong)中国专利的(de)侵权(quan)(quan)风险。

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。

 

指令系(xi)统是(shi)软(ruan)(ruan)件(jian)生态的(de)(de)(de)起点,只(zhi)有从指令系(xi)统的(de)(de)(de)根(gen)源上实现自主,才能(neng)打破(po)软(ruan)(ruan)件(jian)生态发展(zhan)受制于人的(de)(de)(de)锁链。龙(long)芯(xin)自主指令系(xi)统的(de)(de)(de)推出,是(shi)龙(long)芯(xin)中(zhong)科长期坚(jian)持自主研发理念的(de)(de)(de)重要成果体(ti)现,是(shi)在完成CPU性(xing)能(neng)补课、全面(mian)转向(xiang)生态建设(she)历(li)史关头的(de)(de)(de)重大(da)技(ji)术跨越,标(biao)志着龙(long)芯(xin)中(zhong)科在自主信(xin)息技(ji)术体(ti)系(xi)和产业生态建设(she)方(fang)面(mian)从跟随性(xing)发展(zhan)的(de)(de)(de)必然王国(guo)走向(xiang)了自主发展(zhan)的(de)(de)(de)自由王国(guo)。

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