架构|龙芯中科发布自主CPU指令系统架构，下一步生态建设要怎么走？_方面|操作系统|芯片|生态|高性

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【架构|龙芯中科发布自主CPU指令系统架构，下一步生态建设要怎么走？】图片来源：Pixels

采访人员 | 彭新

4月15日。 CPU设计公司龙芯中科正式发布新一代自主指令系统架构——龙芯架构（LoongArch）。
龙芯中科董事长、中国科学院计算技术研究所研究员胡伟武介绍，从顶层规划到各部分的功能定义，再到每条指令的编码、名称、含义，龙芯架构都进行了自主重新设计，同时也能兼容多种主流指令系统，具有完全自主、技术先进、兼容生态三方面特点。
龙芯中科称，通过委托国内第三方知识产权评估机构评估显示，龙芯架构在指令系统设计、指令格式、指令编码、寻址模式等方面进行了自主设计。龙芯架构指令系统手册在章节结构、指令说明结构和指令内容表达方面与ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等国际主要指令系统存在明显区别。未发现龙芯架构基础架构对上述国际主要指令系统中国专利的侵权风险。
龙芯中科表示，基于龙芯架构的龙芯3A5000处理器芯片已经流片成功，基于新架构的完整操作系统已经在3A5000计算机上稳定运行。从其它主流指令系统到龙芯架构的二进制翻译系统，已经可以在3A5000计算机上演示运行基于其它主流指令系统的复杂应用程序。龙芯中科从2020年起新研的CPU均支持龙芯架构。
CPU指令系统是计算机的软硬件界面，是CPU所执行的软件指令的二进制编码格式规范。所有软件指令需要根据这套规范，翻译成芯片能懂的语言，才能使CPU和各种硬件运行起来。因此，每套芯片指令集的背后，都有一个软件生态，与竞争对手的互不相容。

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作为我国最早研制的高性能通用处理器系列，龙芯于2001年在中科院计算所开始研发，得到中科院、863、973、核高基等项目大力支持，完成了十年核心技术积累，先后成功流片我国首款通用CPU龙芯1号、首款64位通用CPU龙芯2B、首款主频超过1GHz的通用CPU龙芯2E、首款四核CPU龙芯3A等，完成底层核心技术的积累。
此前在国产CPU三条路线六大阵营中，龙芯因其使用独特的MIPS指令集，自成体系。 MIPS指令集起源于1981年斯坦福大学的团队，后商业化对外授权。 2000年前后，在服务器和高性能计算上，包括MIPS在内的多个指令集仍活跃在市场上，龙芯团队就选择了MIPS架构。
从架构层面而言，到2010年后，市场上几乎只剩下两大体系建立起了生态，在计算机市场上，英特尔x86处理器占据超过90%市场份额。在移动端， ARM架构的芯片占据了90%以上的市场份额。此外，还有主打开源，在物联网领域有一定声量的risc-v架构，而MIPS已经不是主流。
本次发布的龙芯架构，在芯片自主可控方面具有重要意义。国金证券认为，对指令集的掌控程度决定了国产化的程度，对指令集的消化吸收和创新程度决定了CPU的创新可信的程度。
目前，采用自主指令集模式的龙芯中科，起步最早，适配厂商多，自主化程度高，其架构被认为安全性强，因此在党政军工的内网市场具有一定优势。公开信息显示，龙芯系列产品在安全类应用方面，高质量等级芯片销售量超过10万颗；民用信息化上，党政、教育、海外等出货量超过100万颗；在网络安全、能源、交通、光电等方面，基于龙芯的IP授权，出货量超过1000万颗。
在龙芯中科之外，国产CPU行业还有天津飞腾、华为鲲鹏、上海兆芯、天津海光和申威等。受美国制裁、国产替代等影响，整个国产CPU市场从2019年开始起量，尤其是政企市场需求倍增。去年12月，国产CPU厂商飞腾在天津宣布， 2020年芯片交付量由2019年的20万片大幅增长至150万片，增长率达到650% ，同期收入从2.1亿元增长至13亿元。
值得一提的是，在去年10月，比亚迪发布了搭载龙芯3A4000独显笔记本，该芯片基于新一代处理器核心（代号 GS464V），相比上一代龙芯3A3000性能提升 100% 。同时在显卡方面配备国产景嘉微JM7201；操作系统方面，除了可支持龙芯操作系统外，还可支持国产麒麟OS、UOS MIPS版本系统。
胡伟武也在去年公开场合透露，龙芯通过20年积累完成CPU性能补课， CPU通用处理性能达到AMD水平，龙芯OS在试错中趋于成熟，架构稳定，成熟度接近Windows XP的水平。
生态搭建上，据介绍，龙芯在全国成立8个子公司，与60余家公司共同组建龙芯生态适配服务产业联盟，实现资源互动。目前龙芯有超过1000多家合作伙伴，超过2万的开发人员，打造全产业链生态体系。