龍芯推出自主指令系統(tǒng)架構(gòu)LoongArch

龍芯15日發(fā)布新一代自主指令系統(tǒng)架構(gòu)——龍芯架構(gòu)（LoongArch）。龍芯中科技術(shù)有限公司董事長、中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員胡偉武介紹，從頂層規(guī)劃到各部分的功能定義，再到每條指令的編碼、名稱、含義，龍芯架構(gòu)都進行了自主重新設(shè)計，同時也能兼容多種主流指令系統(tǒng)。

指令系統(tǒng)是計算機軟硬件的基礎(chǔ)界面，如果把設(shè)計芯片比作寫文章，指令系統(tǒng)就好比漢字或字母。基于二十年的CPU研制和生態(tài)建設(shè)積累，龍芯中科推出了龍芯架構(gòu)，包括基礎(chǔ)架構(gòu)部分和向量指令、虛擬化、二進制翻譯等擴展部分，近2000條指令，具有完全自主、技術(shù)先進、兼容生態(tài)三方面特點。

目前，支持龍芯架構(gòu)的龍芯3A5000處理器芯片已經(jīng)流片成功，基于新架構(gòu)的完整操作系統(tǒng)已經(jīng)在3A5000計算機上穩(wěn)定運行。龍芯中科從2020年起新研的CPU均支持LoongArch架構(gòu)。

龍芯委托國內(nèi)第三方知名知識產(chǎn)權(quán)評估機構(gòu)對龍芯基礎(chǔ)架構(gòu)進行深入細致的知識產(chǎn)權(quán)評估。從2020年二季度開始，雙方投入上百人月，將LoongArch與ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等國際上主要指令系統(tǒng)有關(guān)資料和幾萬件專利進行深入對比分析。

2021年1月，針對被評估的基礎(chǔ)架構(gòu)版本該評估機構(gòu)認為：LoongArch在指令系統(tǒng)設(shè)計、指令格式、指令編碼、尋址模式等方面進行了自主設(shè)計。

LoongArch指令系統(tǒng)手冊在章節(jié)結(jié)構(gòu)、指令說明結(jié)構(gòu)和指令內(nèi)容表達方面與上述國際上主要指令系統(tǒng)存在明顯區(qū)別。LoongArch基礎(chǔ)架構(gòu)未發(fā)現(xiàn)對上述國際上主要指令系統(tǒng)中國專利的侵權(quán)風(fēng)險。

CPU指令系統(tǒng)是計算機的軟硬件界面，是CPU所執(zhí)行的軟件指令的二進制編碼格式規(guī)范。一種指令系統(tǒng)承載了一個軟件生態(tài)，如x86指令系統(tǒng)和Windows操作系統(tǒng)形成的Wintel生態(tài)以及ARM指令系統(tǒng)和Android操作系統(tǒng)形成的AA生態(tài)。

無論是x86還是ARM指令系統(tǒng)，都需要獲得“授權(quán)”才能研制與之相兼容的CPU。采用授權(quán)指令系統(tǒng)可以研制產(chǎn)品，但不可能形成自主產(chǎn)業(yè)生態(tài)。用個形象的比喻來解釋，中國人可以用英文寫小說，但不可能基于英文形成民族文化。

這也就是擁有指令集的公司很容易就能對獲得授權(quán)的芯片設(shè)計公司卡脖子的原因，完全開源的RISCV，也是來源于美國伯克利大學(xué)，因此Loongson Architecture對中國集成電路產(chǎn)業(yè)而言是一個歷史性突破。

目前，龍芯中科已經(jīng)在一定范圍內(nèi)發(fā)布LoongArch的基礎(chǔ)架構(gòu)指令系統(tǒng)手冊。待完成包括境外專利分析在內(nèi)的進一步知識產(chǎn)權(quán)評估后，龍芯中科將在更大范圍內(nèi)發(fā)布更完整的LoongArch指令系統(tǒng)手冊。

龍芯中科還將聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈伙伴在適當(dāng)?shù)臅r間建立開放指令系統(tǒng)聯(lián)盟，在聯(lián)盟成員內(nèi)免費共享LoongArch及有關(guān)龍芯IP核。

龍芯自主指令集的重要性：

過去這些年，國內(nèi)CPU公司引進過X86、ARM、Power、SPARC等指令集，但始終沒能建立起自己的Wintel，原因就在于始終保持著一種跟生態(tài)的心態(tài)，而且在軟件上的投入嚴重不足。如今，國際大環(huán)境的變化使購買國外指令集授權(quán)充滿了不確定因素，在這種情況下，開發(fā)自主指令集是規(guī)避風(fēng)險的良策。

近日，美國制裁中國超算企業(yè)、臺積電不再為飛騰代工的消息在業(yè)內(nèi)瘋傳。讓自主CPU架構(gòu)指令集再成為話題。

很顯然，龍芯是希望短期兼容MIPS遺留生態(tài)過度，建設(shè)自己的軟件生態(tài)，建立中國版的Wintel。龍芯的目標(biāo)宏偉，實現(xiàn)難度很大，但如果做成了，對產(chǎn)業(yè)安全和國家安全的積極作用是異常巨大。

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