國(guó)產(chǎn)CPU歷史性跨越！我們終于有了自己的指令集

這幾年，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體不斷取得新突破，尤其是最核心的CPU處理器，已經(jīng)有了多家方案并行，應(yīng)用場(chǎng)景也越來(lái)越廣。 但是除了制造工藝和代工問(wèn)題，國(guó)產(chǎn)CPU最欠缺的就是最基礎(chǔ)的指令集，它是CPU執(zhí)行軟件指令的二進(jìn)制編碼格式規(guī)范，一套指令系統(tǒng)就承載了一個(gè)操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件生態(tài)。

此前的國(guó)產(chǎn)CPU指令集，無(wú)論x86、ARM、MIPS、RISC-V、Alpha、Power，無(wú)論封閉、授權(quán)還是開(kāi)源，根基其實(shí)都掌握在別人手里，一旦出現(xiàn)意外根本不堪一擊。

現(xiàn)在，作為國(guó)產(chǎn)CPU的標(biāo)桿企業(yè)，龍芯中科正式發(fā)布了自主指令系統(tǒng)架構(gòu)“Loongson Architecture”，簡(jiǎn)稱(chēng)為“龍芯架構(gòu)”或者“LoongArch”，已經(jīng)通過(guò)了國(guó)內(nèi)第三方知名知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估機(jī)構(gòu)的評(píng)估。

LoongArch包括基礎(chǔ)架構(gòu)部分，以及向量擴(kuò)展LSX、高級(jí)向量擴(kuò)展LASX、虛擬化LVZ、二進(jìn)制翻譯LBT等擴(kuò)展部分，總共接近2000條指令，同時(shí)不包含龍芯此前使用的MIPS指令系統(tǒng)。

龍芯中科從2020年起新研的CPU，均支持LoongArch。

LoongArch具有完全自主、技術(shù)先進(jìn)、兼容生態(tài)三個(gè)方面的特點(diǎn)。

首先，LoongArch從整個(gè)架構(gòu)的頂層規(guī)劃，到各部分的功能定義，再到細(xì)節(jié)上每條指令的編碼、名稱(chēng)、含義，都在架構(gòu)上進(jìn)行了自主重新設(shè)計(jì)，具有充分的自主性。

其次，LoongArch摒棄了傳統(tǒng)指令系統(tǒng)中，部分不適應(yīng)當(dāng)前軟硬件技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的陳舊內(nèi)容，同時(shí)吸納了近年來(lái)指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域諸多先進(jìn)的技術(shù)發(fā)展成果。相比于原有的兼容指令系統(tǒng)，不僅在硬件方面更易于高性能低功耗設(shè)計(jì)，在軟件方面也更易于編譯優(yōu)化和操作系統(tǒng)、虛擬機(jī)的開(kāi)發(fā)。

再次，LoongArch在設(shè)計(jì)時(shí)充分了考慮兼容生態(tài)需求，融合了各國(guó)際主流指令系統(tǒng)的主要功能特性，同時(shí)依托龍芯團(tuán)隊(duì)在二進(jìn)制翻譯方面十余年的技術(shù)積累創(chuàng)新，不僅能夠確�，F(xiàn)有龍芯平臺(tái)應(yīng)用二進(jìn)制的無(wú)損遷移，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多種國(guó)際主流指令系統(tǒng)的高效二進(jìn)制翻譯。

目前，支持LoongArch的龍芯3A5000處理器芯片已經(jīng)流片成功，完整操作系統(tǒng)也已穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，從其它主流指令系統(tǒng)到龍新架構(gòu)的二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)，也已成功演示運(yùn)行基于其它主流指令系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)用程序。

2020年第二季度開(kāi)始，龍芯中科委托國(guó)內(nèi)第三方知名知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估機(jī)構(gòu)，對(duì)LoongArch進(jìn)行深入細(xì)致的知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估。

雙方投入上百人月，將LoongArch與Alpha、ARM、MIPS、Power、RISC-V、X86等國(guó)際主要指令系統(tǒng)的有關(guān)資料和幾萬(wàn)件專(zhuān)利進(jìn)行了深入對(duì)比分析。

 

2021年1月，評(píng)估機(jī)構(gòu)認(rèn)為：

1、LoongArch在指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)、指令格式、指令編碼、尋址模式等方面進(jìn)行了自主設(shè)計(jì)。

2、LoongArch指令系統(tǒng)手冊(cè)在章節(jié)結(jié)構(gòu)、指令說(shuō)明結(jié)構(gòu)和指令內(nèi)容表達(dá)方面與上述國(guó)際上主要指令系統(tǒng)存在明顯區(qū)別。

3、未發(fā)現(xiàn)LoongArch基礎(chǔ)架構(gòu)對(duì)上述國(guó)際主要指令系統(tǒng)中國(guó)專(zhuān)利的侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

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(cè)，后續(xù)會(huì)在更大范圍內(nèi)發(fā)布更完整的版本，并將聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈伙伴，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間建立開(kāi)放指令系統(tǒng)聯(lián)盟，免費(fèi)共享LoongArch、有關(guān)龍芯IP核。

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