龙芯

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龙芯(英語:Loongson,舊稱Godson[1])是由中国科学院计算技术研究所龙芯中科神州龙芯等机构、公司所设计的一系列各种芯片(包括通用中央處理器SoC微控制器芯片组等),採用MIPSLoongISA精简指令集架構,由MIPS科技公司授權使用MIPS指令集[2]。龙芯1号系列为嵌入式领域芯片,已经被多家企业使用。龙芯2号系列速度最高為1GHz,用于瘦客户端、工控等低中端领域。龙芯3号系列于2010年推出成品,用于桌面、服务器、超算、工控等领域,2019年主频达到2.5GHz。

龙芯
Loongson logo.svgCored-by-Loongson-logo-2.png
產品化2002年9月28日,​17年前​(2002-09-28
推出公司龙芯中科
航天龙梦
神州龙芯
生产商
微架構GS132
GS232
GS264
GS464
GS464E
GS464V
指令集架構MIPS II
MIPS III
MIPS64
LoongISA
制作工艺/製程180 nm 至 28 nm
核心数量1-8
CPU主频范围MHz 至 2.0 GHz
HyperTransport速率800 MHz 至 2.4 GHz
應用平台桌面、服务器、超级计算机、工控机、嵌入式、教育應用計算機、航天

芯片编辑

龙芯一号编辑

龙芯一号于2000年开始研制,2001年8月19日龙芯一号逻辑设计在FPGA平台上运行起来。这一天被定为龙芯的生日。2002年9月28日正式发布投产成功。龙芯一号整体的性能低于Intel奔腾II[3]为了纪念胡伟武的导师夏培肃先生从事计算机事业50周年,龙芯一号被命名为“夏50”。[4]

考虑到专利授权原因,这一代的龙芯没有实现MIPS的四个不对齐内存访问指令(US4814976A)。2007年后,龙芯正式购买了MIPS授权,才解决了这一问题。

龙芯1号系列编辑

2010年4月,中国科学院与北京市共同组建的龙芯中科有限公司中关村环保园建立了龙芯产业园。公司成立后,龙芯调查市场,重新建立了低端嵌入式产品线——龙芯1号。

2011年左右,龙芯中科研发了一款面向嵌入式市场的处理器龙芯1A。于2012年提供产品,可作为龙芯其他处理器的桥片。龙芯1B在嵌入式处理器研发上继续做减法,于2011年流片成功,先于龙芯1A,这是龙芯中科第一次从全系统的角度来考虑降低成本的芯片。

此后龙芯中科于2013年针对指纹生物识别应用推出了龙芯1C,2018年针对超人智能锁研发了1C101芯片。2014年龙芯与三川智慧合作,为智能水表、气表、量热表定制的一款超声波计量专用芯片龙芯1D。

龙芯1G是用于苏州上声音响的一款音响专用芯片。2015年新研的龙芯1H芯片针对石油钻探领域随钻测井应用设计,设计目标是175摄氏度超高温工作条件下的长时间可靠运行。于2017年4月发布。目前,龙芯1H已经在长庆油田得到了应用。

除此之外,1号系列中还有1E、1F系列的龙芯航天专用抗辐照处理器、1J抗辐照单片机芯片。[5]

龙芯2号系列编辑

龍芯2號系列最初的版本是用0.13微米製程技術,均为64位处理器,早期的型号是4发射乱序执行的64位GS464系列微架构,后来新出的处理器升级为采用GS464E微架构龙芯2K1000处理器是集成双发射乱序执行的GS264微架构64位双核处理器

龙芯3号系列编辑

龙芯3号处理器开始进行了多核处理器架构设计[6],均为4发射64位多核处理器。

龙芯桥片系列编辑

龙芯7A1000编辑

龙芯7A1000桥片是龙芯3号处理器的第一款芯片组产品,目标是替代AMD RS780(E)+SB710 芯片组,为龙芯处理器提供南北桥功能。

 
龙芯7A1000桥片正面照,集成在搭载3A3000的主板上

龙芯3A4000将不再采用AMD的RS780芯片组,而采用龙芯7A1000作为桥片,避免在桥片的选择上受制于AMD

龙芯7A2000编辑

作为龙芯下一代芯片的配套桥片,龙芯7A2000龙芯7A1000的升级版。相对于7A10007A2000PCIe控制器代码龙芯计划自己编写,且为PCIe Gen3。采用的28nm工艺,GPU为自研GPU。

从未公布的隐藏处理器编辑

除了龙芯1号、2号、3号三个系列的处理器,在龙芯的发展过程中还开发了一些实验型的处理器,并没有量产,有些甚至没有流片。

龙芯处理器在发展过程中,一度想要用做超算处理器,开发一款64核的众核处理器,命名为Godson-T。Godson-T由计算所先进微系统研究组研发,2008年已经在进行RTL验证在2008年12月开始RTL代码编写。2010年5月,GodSon-T的原型芯片16核GodSon-TI交付流片,采用130纳米工艺。2010年10月17日,调试成功。由于龙芯将研发重点重新转向提高处理器单核性能,Godson-T处理器研发中止。[7]

为了实现对现有生态的兼容,龙芯3A系列实现了针对x86指令和arm指令的二进制翻译指令。在研发过程中,由于知识产权和专利等原因而无法使用x86指令集,龙芯开发了使用x86指令集的处理器原型Godson-X。它与x86兼容,并支持英特尔MMX 指令,SSE指令集和x87浮点指令。[7]

中科龙梦(现更名为航天龙梦)使用早期的龙芯1号的IP核,开发了龙梦一号SOC,用于税控机(Fiscalcontroller register)。[7]该税控 SoC 专用芯片以“龙芯1”处理器核作为MCU,采用AHB(the Advanced High performance Bus)+APB(the Advanced Peripheral Bus)为片上总线。 [8] [9]

此外,还有神州龙芯根据龙芯2号设计的一款SOC芯片GS32I。[7]

芯片基本信息编辑

系列 型號 頻率
MHz
指令集架构
微架構 推出年份 核心數目 製程
nm
晶體管
(百万)
裸晶面积
mm²
功耗
W
電壓
V
缓存[註 1]KiB 峰值浮点性能
GFLOPS
SPEC 2000

分数

SPEC 2006

分数

备注
一级(单核) 二级[註 2]
(victim cache/共享)
三级
(共享)
单核 多核 单核 多核
数据(L1i) 指令(L1d) int fp int fp int fp int fp
Godson 1 266 MIPS-II 32-bit 不適用 2001 1 180 22 71.4 1.0 未知 8 8 不適用 不適用 0.6 19 25 [4][3]
FCR_SOC 266 MIPS-II 32-bit 不適用 2007 1 180 未知 未知 未知 未知 8 8 不適用 不適用 0.6 [8][9]
2B 250 MIPS-III 64-bit 不適用 2003 1 180 未知 未知 未知 未知 32 32 不適用 不適用 未知 52 58
2C 450 MIPS-III 64-bit 不適用 2004 1 180 13.5 41.5 未知 未知 64 64 不適用 不適用 未知 159 114
2E 1000 MIPS-III 64-bit GS464 (r1)(原型) 2006 1 90 47 36 7 1.2 64 64 512 不適用 未知 503 503
龍芯1 1A 300 MIPS32 GS232 2010 1 130 22 71.4 1.0 未知 16 16 不適用 不適用 0.6 [10]
1B 266 MIPS32 GS232 2010 1 130 13.3 28 0.6 未知 8 8 不適用 不適用 未知 [11]
1C 300 MIPS32 GS232 2013 1 130 11.1 28.3 0.5 未知 16 16 不適用 不適用 未知 [12]
1C101 8 MIPS32 GS132R 2018 1 130 未知 未知 未知 未知 不適用 不適用 不適用 不適用 未知 [13]
1D 8 MIPS32 GS132 2014 1 130 1 6 3 × 10−5 未知 不適用 不適用 不適用 不適用 未知 [14]
龍芯2 2F 1200 MIPS-III 64-bit GS464 (r1) 2007 1 90 51 43 5 1.2 64 64 512 不適用 3.2 [15]
2G 1000 MIPS64 GS464 (r2) 2012 1 65 未知 未知 未知 1.15 64 64 4096 不適用 未知 [16]
2GP 800 MIPS64 GS464 (r2) 2013 1 65 82 65.7 8 1.15 64 64 1024 不適用 3.2
2I
2H 1000 MIPS64 GS464 (r2) 2012 1 65 152 117 5 1.15 64 64 512 不適用 4
2J0800 800 MIPS64 GS464 (r2) 2013 1 65 未知 未知 8 1.1 64 64 1024 不適用 未知
2J1500 800 MIPS64 GS464E 2016 1 40 未知 未知 8 未知 64 64 1024 不適用 未知
2K1000 1000 MIPS64 Release 2

LoongISA1.0

GS264 2017 2 40 1900 79 5 1.1 32 32 256 × 2 1024 8 [17]
龍芯3 3A1000 1000 MIPS64 Release 2 GS464 (r2) 2009 4 65 425 174.5 10 1.15 64 64 256 × 4 不適用 16 568 788 2.4 2.3 [18]
3B1000 1000 MIPS64 Release 2 GS464v 2010 4+4 65 > 600 未知 20 1.15 64 64 128 × 8 不適用 128 [19]
3B1500 1200–1500 MIPS64 Release 2 GS464v 2012 4+4 32 1140 142.5 30(典型)
60(向量)
1.15–1.25 64 64 128 × 8 8192 150
3A1500-I 800–1000 MIPS64 Release 2

LoongISA1.0

GS464E 2015 4 40 621 202.3 15 1.15–1.25 64 64 256 × 4 4096 16 6~7 [20]
3A2000
3B2000
3A3000 1500 MIPS64 Release 2

LoongISA1.0

GS464E 2016 4 28 > 1200 155.78 30 1.15–1.25 64 64 256 × 4 8192 24 1100 1700 11 10 36 33 [21][22]
3B3000
3A4000 1800-2000 MIPS64 Release 5

LoongISA2.0

GS464V(GS464EV) 2019 4 28 ? ? 30@1.6GHz

40@1.8GHZ

50@2.0GHz

0.95-1.25 64 64 256 x 4 8192 128 19.1(base)

21.1(peak)

18.7(base)

21.2(peak)

54.4(base)

61.7(peak)

49.9(base)

58.1(peak)

[23]
3B4000
  1. ^ 龙芯一般把最高层级缓存(LLC)称为 Shard-cache 或 Secondary-cache。
  2. ^ 这里的 victim cache 可以认同为和 L1i/L1d 为同一级的,也就是说,龙芯官方宣称的二级缓存可以理解为和一级缓存为同一级缓存,官方宣称的三级共享缓存才是二级缓存(Shared-cache/Secondary-cahce)。

软件生态编辑

操作系统编辑

目前能在龙芯上使用的操作系统有:

Linux编辑

BSD编辑

实时操作系统(RTOS)编辑

编译器编辑

Java编辑

开源社区编辑

基于龙芯的产品已经成为DebianGolang语言MIPS架構编译服务器。[24][25][26]

龙芯中科龍夢以及其他一些个人内核开发者一直在Linux主线内核(kernel.org)提交并维护龙芯相关的代码,并为MIPS架构实现了ftrace英语ftrace,zboot等功能。

应用编辑

个人电脑产品编辑

 
Gdium筆記本

自从龙芯2F发布以来,有数款笔记本电脑都采用了此种低功耗处理器,例如江苏龙梦逸珑笔记本电脑(YeeLoong)、深圳一本通电脑有限公龙腾笔记本电脑EBT700,有800x480分辨率。采用龙芯2F处理器,主频1GHz、EMTEC生产的Gdium笔记本电脑。龍夢也设计了使用龙芯2F的一体机,迷你计算机,台式机等产品。

步入3A/3B时代之后,龍夢继续设计制造了许多龙芯的台式机,一体机,笔记本等设备。同时,也有许多其他厂商发布了使用龙芯处理器的个人电脑,其中包括同方、联想 、浪潮、曙光、方正、百信这些OEM/ODM厂商,各自推出了基于龙芯3号系列CPU和龙芯桥片的个人台式机、一体机和笔记本电脑。[27]

服务器/存储/云终端编辑

龙芯处理器被广泛应用于服务器,存储,云等领域。其中,有曙光、同方 、龙梦、浪潮、宝德、方正、百信这些OEM/ODM厂商,推出了基于龙芯处理器的服务器、存储和云终端,在政务市场上得到大规模的应用。[28]

网络设备编辑

一些厂商推出了基于龙芯处理器的交换机、路由交换、服务器密码机和签名验证服务器。[29]

嵌入式產品编辑

 
龙芯在第二十界中国金融发展论坛上的产品展览

龙芯产品(CPU和SoC)已经广泛运用于网安、能源、交通、金融、物联网。工控等领域。其中,金融方面有直接搭载龙芯CPU和桥片的金融自助设备(包括ATM取款机和CRS存取款一体机)[30]和终端工控主机;交通方面有基于龙芯的交通信号机,基于龙芯1D的交通行人灯,基于龙芯1C/1D的道路交通环境检测系统,基于龙芯服务器的城市交通智能控制系统软件,基于龙芯3A3000/2K的ETC/MTC工控计算机和基于龙芯计算机的ETC/MTC收费应用支撑系统[31];网络安全方面有许多基于龙芯的防火墙、交换机、网闸、网关[32];物联网方面有基于龙芯的门禁、门锁等[33][34][35];工控方面有基于龙芯的工控PLC、数控机床;能源方面有基于龙芯1D芯片的三川智慧的水表、热表。

行业应用/IP授权编辑

2014年,海信获得龙芯GS232 IP核授权,发布了Hi-View Pro画质引擎芯片,是中国电视企业第一块画质芯片,核心由龙芯CPU核、海信高清画质引擎共同组成。[36]2019年4月22日,国科微和龙芯签订协议,龙芯授权IP核给国科微,国科微下一代产品GK2302将采用龙芯的IP核来作为主控芯片中的CPU。[37]到现在为止,基于龙芯的IP授权大于1000万颗。

高性能机/超级计算机编辑

2007年12月,中国科学技术大学和中国科学院计算技术研究所成功研制集成了336颗64位龙芯2F处理器的中國国产首台万亿次高性能计算机KD-50-I,其理论峰值计算能力达到1.008万亿次。项目由中科大教授陈国良院士主持。该计算机成本控制在80万人民币以下[38][39]。2010年4月,中国科学技术大学宣布成功开发了基于龙芯3A的KD-60-1,新的超级计算机是刀鋒伺服器的集群,具有80多个龙芯3A处理器,理论计算峰值达到万亿次[40]。2012年12月,中国科学技术大学与深圳大学合作研制完成集成了10颗龙芯3B处理器的KD-90[41]

2011年,中科院计算所与曙光公司研制完成了第一款完全由中文组件制造的超级计算机曙光6000,采用8000至10000颗八核心龙芯3B处理器[42]

教育编辑

航天编辑

龙芯中科2013年後開始研发人造衛星使用的抗宇宙輻射晶片,龙芯中科已掌握抗辐照加固技术、工艺及设计规范,设计研制了抗辐照处理器,其性能达到国外抗辐照处理器的指标。[5] 2017年,至少有三顆北斗衛星採用龙芯芯片在軌運行。[43][44]

参考文献编辑

  1. ^ 龙芯处理器英文品牌定名Loongson(组图)_业界_科技时代_新浪网. tech.sina.com.cn. 
  2. ^ 龙芯故事 - 关于那些不明真相的群众对龙芯的疑惑,龙芯有关MIPS指令集使用说明。
  3. ^ 3.0 3.1 国产高性能通用CPU“龙芯”1号投产成功. www.peopledaily.com.cn. [2019-11-23]. (原始内容存档于2019-08-30). 
  4. ^ 4.0 4.1 HU Wei-Wu. TANG Zhi-Min. Architecture of the Godson-1 Processor. Chinese Journal of Computers. 2003, (4). 
  5. ^ 5.0 5.1 龙芯3A4000 与 龙芯3A3000 的性能比对及宇航芯片介绍
  6. ^ 寒武纪创始人陈云霁:做全球AI芯片领跑者. 新华网. 2018-01-12 [2019-09-09] (中文). 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 龙芯故事 - 史上最全龙芯处理器家谱
  8. ^ 8.0 8.1 陈杰. 章军. 一种集成“龙芯1号”IP核的SoC的体系结构 (PDF). 计算机工程与应用. 2007, (19). 
  9. ^ 9.0 9.1 成功研制以龙芯为内核的税控SOC芯片 苏州中科集成电路设计中心. www.szicc.com.cn. [2019-05-08]. 
  10. ^ 龙芯1A_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]. loongson.cn. [2019-05-08]. 
  11. ^ 龙芯1B_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]. loongson.cn. [2019-05-08]. 
  12. ^ 龙芯1C_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]. loongson.cn. [2019-05-08]. 
  13. ^ 龙芯1C101_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]. loongson.cn. [2019-05-08]. 
  14. ^ 龙芯1D_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]. www.loongson.cn. [2019-05-08]. 
  15. ^ 龙芯2F_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]. www.loongson.cn. [2019-05-08]. 
  16. ^ 龙芯2G用户手册 (PDF). 
  17. ^ 龙芯2K1000_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]. www.loongson.cn. [2019-05-08]. 
  18. ^ 龙芯3A1000_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]. www.loongson.cn. [2019-05-08]. 
  19. ^ 龙芯3B1000用户手册 (PDF). 
  20. ^ 龙芯3A2000/3B2000. 
  21. ^ 龙芯3A3000处理器芯片流片成功. 
  22. ^ 龙芯3A3000/3B3000. 
  23. ^ 龙芯 3A4000/3B4000 处理器 数据手册 (PDF): 10. [2020-03-10]. 
  24. ^ Build log for linux-2.6 (2.6.35~rc6-1~experimental.1) on mipsel. buildd.debian.org. 
  25. ^ 龙芯 & Golang!,龙芯3A3000机器成为Golang语言官方mips64el的编译服务器。
  26. ^ Go Build Dashboard,Golang官方Build表。
  27. ^ 方正发布了新款笔记本,搭载龙芯 3A3000 处理器,方正发布基于龙芯芯片的笔记本、台式机和服务器。
  28. ^ 龙芯通用领域业务,龙芯整机产品展示网页。
  29. ^ 龙芯通用领域业务,龙芯网络设备产品展示网页。
  30. ^ 龙芯中科与金航触控联合推出全国产多功能自助终端,厂商已推出基于龙芯3A3000的自助终端。
  31. ^ 基于龙芯CPU的交通信息化解决方案重磅发布,龙芯交通信息化案例。
  32. ^ 中国网安龙芯系列防火墙
  33. ^ 超人智能锁:一个高端的品牌是如何炼成的 页面存档备份,存于互联网档案馆,超人智能锁推出基于龙芯1C101芯片的产品。
  34. ^ 龙芯中科推出1C101超低功耗智能门锁专用处理器及软硬件解决方案
  35. ^ 龙芯中科成功推出NB-Iot智能锁“云管端”一站式解决方案
  36. ^ 龙芯助力海信画质引擎芯片 开启电视业“三芯”时代
  37. ^ 国科微联手龙芯中科:首款全国产SSD主控诞生
  38. ^ 维游. 首款龙芯万亿次高性能计算机系统研制成功. 龙讯. 2008-01-01 [2008-01-16]. (原始内容存档于2008-01-19). 
  39. ^ Xu, Yun; Shao, Mingzhi; Teng, Da. Optimization of Triangular Matrix Functions in BLAS Library on Loongson2F. Lecture Notes in Computer Science. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 2010: 40. ISBN 978-3-642-15671-7. ISSN 0302-9743. doi:10.1007/978-3-642-15672-4_5. 
  40. ^ 国产万亿次高性能计算机诞生 首次采用"龙芯"--IT--人民网. it.people.com.cn. 2010-04-22 [2020-05-30]. 
  41. ^ 我国首台基于“龙芯3B”高性能计算机研制成功. 军事频道_新浪网. 2012-12-30 [2020-05-30]. 
  42. ^ China’s Homemade Supercomputer May be the Most Efficient Ever. MIT Technology Review. 2011-03-02 [2020-05-30]. 
  43. ^ 科学网-“龙芯”上天 北斗有了“中国芯”. wap.sciencenet.cn. 
  44. ^ 一封来自上海微小卫星工程中心的感谢信 页面存档备份,存于互联网档案馆,龙芯抗辐照芯片使用情况。

另见编辑

外部連結编辑

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