據(jù)悉，12月末龍芯將發(fā)布最新一代CPU 3A4000，這款CPU和3A3000一樣，依然采用28nm工藝，并在制造工藝沒有升級的情況下，依賴自己的設計能力把裸CPU性能提升了90%，這在國內(nèi)是非常罕見的，相對于一些依賴ARM的IP和臺積電先進工藝的廠商，龍芯形成了鮮明對比，這充分證明了龍芯的IC設計能力。
龍芯3A4000內(nèi)核大升級
根據(jù)清華大學微電子所所長魏少軍博士指出：“快速提升我們自己的IC基礎設計能力迫在眉睫，這是改變目前中國IC設計業(yè)嚴重依賴EDA工具和制造工藝才能實現(xiàn)芯片性能提升的根本途徑，而依賴并濫用IP則導致了中國SoC設計的同質(zhì)化”。
可以說，當下國內(nèi)很多IC設計公司，對ARM的技術有非常高的依賴性，幾乎是離開了ARM就不會設計CPU/SOC了，而且對臺積電的先進工藝也非常依賴，幾乎是離開了臺積電工藝，CPU/SOC的性能就會大打折扣。
相比之下，龍芯則對先進工藝的依賴性不高，在制造工藝上一直落后于國內(nèi)友商，比如友商普遍采用臺積電28nm工藝，個別廠商已經(jīng)用上了臺積電16nm工藝的時候，龍芯3A2000還在使用中芯國際的40nm工藝?，F(xiàn)在，友商普遍采用臺積電16nm工藝，個別友商已經(jīng)用上了臺積電7nm工藝，而龍芯依然在使用老舊的28nm工藝。
龍芯之所以這樣做，一方面和資金實力有關，由于十二五后核高基等項目重點扶持技術引進項目，龍芯基本斷奶，要自負盈虧，資金上不寬裕，不得不拿鼎暉等的風投，因而自然選擇相對老舊，性價比較高的工藝。另一方面，這也和龍芯具備較強設計能力有關，在工藝不如友商的情況下，用設計能力去彌補，也能在相關創(chuàng)新市場中擊敗對手，并囊獲70%以上的市場份額。
這里再談一下28nm工藝。使用相對老舊工藝，還有一個好處，那就是有助于壓低成本，畢竟7nm工藝流片成本太貴，16nm工藝流片成本也很貴。龍芯采用28nm工藝，只要有三十萬片的產(chǎn)量，就可以把流片和封裝成本壓下來。而采用7nm和16nm工藝，想要壓下成本，恐怕要上百萬，乃至幾百萬、上千萬的產(chǎn)量才行。
據(jù)網(wǎng)友介紹，3A4000在頂層設計方面作的主要改進有：
調(diào)整了片上互連結構,簡化了地址路由,IO 模塊間互連采用 RING 結構;
優(yōu)化了 HT 控制器的帶寬利用率與跨片延時;
優(yōu)化了內(nèi)存控制器結構,增加了內(nèi)存控制器 DDR4 的支持,并支持內(nèi)存槽連接加速卡;
規(guī)范了配置寄存器空間與訪問方式,引入了 CSR 配置寄存器訪問機制;
優(yōu)化了中斷控制器結構,支持向量中斷硬件分發(fā)機制;
增加了 8 路互連支持;
......
正是通過這些改進，龍芯3A4000實現(xiàn)了SPEC2006定點浮點雙20分，在性能上用28nm工藝超過了國內(nèi)個別友商采用16nm工藝的ARM CPU。
龍芯自主指令集和自主生態(tài)初露端倪
一直以來，一些ARM的支持者非常喜歡玩弄一個文字游戲，那就是鼓吹龍芯買MIPS，申威買Alpha，某司買ARM，因而大家自主性上都是同一個水平的。這種強行把龍芯申威的自主性拉下一個臺階的說辭，是非常值得商榷的。
首先，申威不是Alpha，申威的指令集是國內(nèi)自主定義的SW64，這一點國內(nèi)權威部門做過鑒定，美國田納西大學教授、TOP500創(chuàng)始人Dongarra Jack發(fā)布的文檔也說明，SW64不是DEC的Alpha。不知道是不是神威太湖之光超算取得的成績太過耀眼，以及申威自主定義指令集的做法在皇協(xié)軍眼中太刺眼，因而國內(nèi)一伙人非常喜歡給申威找一個爹，哪怕這個爹已經(jīng)“死”了20年，這樣才能貶低申威的自主性，把申威降到和國產(chǎn)ARM一個水平。
把龍芯視為MIPS麾下的打工仔也不客觀。也許是國產(chǎn)ARM是ARM麾下的打工仔，因而一些人將龍芯貶低為MIPS麾下的打工仔，這樣就可以把龍芯的自主性降到國產(chǎn)ARM一個水平。事實上，這種論調(diào)是經(jīng)不起推敲的。龍芯能夠自主添加指令集，已經(jīng)在MIPS的基礎上，擴充了1000多條指令，并形成了自己的LoongISA，而且已經(jīng)發(fā)展到LoongISA 2.0，關鍵的基礎軟件自己維護，Linux對于龍芯的支持也非常給力，一些軟件在發(fā)布時也有分龍芯版和MIPS版，還有一些雖然兩者并為同一個版本，但是可以在運行時動態(tài)探測處理器型號而在龍芯處理器上應用龍芯拓展指令加速優(yōu)化。龍芯面向MIPS更像伙伴關系，在龍芯對很多軟件進行移植優(yōu)化的時候，也不忘同時帶上其他MIPS處理器的支持，在v8，OpenJDK等JIT虛擬機中，龍芯都已經(jīng)成為了整個MIPS架構的代碼維護者。最近UOS也把Loongson內(nèi)核與x86內(nèi)核、ARM內(nèi)核并列，其中一項亮眼的更新是增加了對龍芯3A4000的支持。
龍芯在MIPS的軟件生態(tài)方面已經(jīng)獲得了一定的主導地位。龍芯成為了Java運行環(huán)境OpenJDK 13的一大貢獻者，現(xiàn)在維護著上游MIPS架構和龍芯擴展的代碼。諸多多媒體庫，例如FFmpeg,libvpx,OpenH264,libyuv等，都已經(jīng)由龍芯針對自己的MMI以及MIPS的MSA等向量指令進行優(yōu)化并提交給上游。有些庫支持龍芯擴展指令甚至比支持MIPS的擴展指令還早。Linux內(nèi)核的上游也一樣被龍芯生態(tài)鏈成員維護著。龍芯在開源軟件方面已經(jīng)獲得了一定的發(fā)言與控制權。
龍芯對MIPS的擴展也越來越深入，從最開始的擴展運算訪存以及二進制翻譯指令，到后來的硬件頁表索引以及虛擬化指令，再到現(xiàn)在對基礎指令進行更加高效的替換。3A4000引入的AMO原子操作系列指令代替了MIPS原先的LLSC系列指令，使得應用多線程操作的效率大大提高。PC相對尋址指令則可以解決MIPS當前在PIC/PIE實現(xiàn)方面依賴特殊的“abicall”機制，效率較低的瓶頸。Cpucfg則解決了MIPS平臺下應用無法識別CPU對擴展指令支持的弊病。龍芯在兼容MIPS的同時也在一點點甩掉來自MIPS的歷史包袱，從底層創(chuàng)新。這是其他ARM的附庸想都不敢想的。Arm指令集本身一般不允許客戶隨意擴展，而其官方對指令集的演進擴充流程需要復雜的投票決議，有很長的決策周期，對各種需求無法作出快速響應。即便國內(nèi)ARM陣營廠商私自添加指令，也存在被解讀為非法指令的風險，不僅無助于性能提升，反而會帶來穩(wěn)定性問題。不僅僅是指令集，在GIC中斷控制器，PSCI電源管理接口方面Arm也有嚴格的標準限制，廠商的自由度很小。
還有一點非常關鍵，MIPS幾經(jīng)轉(zhuǎn)手，現(xiàn)在的母公司已經(jīng)放棄了R6之前的版本，專心推進為嵌入式及IoT設備設計的R6，而龍芯目前的指令結構則基于MIPS R2以及部分來自R5的ASE。作為第一個商用的RISC指令集，MIPS的不少專利已經(jīng)過期或快過期了。MIPS非常學院派，允許大家添加指令集，這就導致MIPS生態(tài)破碎化，加上MIPS非常弱勢，這就給龍芯創(chuàng)造了機會。打個比方，MIPS作為最早商用的RISC指令集，影響力還是有的，地位有點像漢獻帝，但比較弱勢，在這種情況下，龍芯有機會去當董卓或曹操的。
ARM則非常強勢，ARM主流生態(tài)基本無可撼動，整個產(chǎn)業(yè)鏈都是跟著ARM的步伐走，不可能放棄ARM主流生態(tài)，來追隨國產(chǎn)ARM廠商。ARM地位就像漢武帝，哪怕麾下大將再能打，也不可能翻天，只能給漢武帝打工一輩子。運氣差的，被巫蠱之禍（川普制裁）牽連，沒準還要重蹈趙破奴的命運。誠然，現(xiàn)在ARM主要還是英國資本和日本資本，但這兩個都不是中國的好朋友，反而是美國的盟友和小弟。
何況ARM指令集授權費用很貴，而且不斷發(fā)展，必須一直買，而龍芯、申威、RISC-V都沒有這方面的負擔。就構建產(chǎn)業(yè)鏈來說，國產(chǎn)ARM廠商只能成為產(chǎn)業(yè)鏈的一個打工者，類似于聯(lián)想、華為在Wintel體系和AA體系中被剝削，只能賺血汗錢，洋人賺取高額利潤。這種模式不利于一個產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展。而龍芯、申威、RISC-V構建的紅色產(chǎn)業(yè)鏈，則不存在這方面的問題。
結語
當下，川普的一系列所作所為已經(jīng)說明了，自主CPU是多么有意義，是多么重要，但不知為何，一些人就是見不得自主CPU的進步和成長，并惡意造謠中傷。比如把漢芯的鍋往龍芯上套。又比如此前深度舉辦的一次大會上，同方的龍芯3A4000沒有接顯示器，一些人就造謠龍芯3A4000存在重大問題所以見不得光。然而真相卻是，龍芯3A4000壓根就沒問題，只是因為同方的龍芯PC裝的是中標麒麟，因而在深度的大會上不好意思裝顯示器。一些網(wǎng)友還編造SPEC跑分數(shù)據(jù)，聲稱龍芯3A4000 SPEC2006定點成績只有12分，這種數(shù)據(jù)實在太過離奇，已經(jīng)不能用測試誤差來圓謊了。
過去19年，龍芯用少的可憐的資源，辦成了不少事情，做出了宇航級CPU、工控CPU、桌面CPU、服務器CPU等一系列產(chǎn)品，就其產(chǎn)出來說，已經(jīng)遠遠超過了國家對其的投入。
目前，龍芯的形式還是比較嚴峻的，由于人少錢少，研發(fā)進度偏慢，生態(tài)建設進度也偏慢。如今個別ARM借助其強悍的政商關系和輿論控制能力，猛沖相關創(chuàng)新市場和八大行業(yè)國企市場，龍芯面臨巨大挑戰(zhàn)。
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