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硬件|奋力打造自主信息技术体系 龙芯中科董事长胡伟武详解LoongArch生态建设

4月19日，第五届关键信息基础设施自主安全创新论坛在北京召开，龙芯中科董事长胡伟武在本次论坛上发表了主题为《LoongArch生态建设》的演讲 。龙芯中科于2021年正式发布了自主指令系统架构LoongArch，恰逢LoongArch发布一周年之际，胡伟武详细分享了构建自主信息技术体系的必要性、以及LoongArch指令系统生态发展情况 。
构建自主信息技术体系势在必行
就我国信息产业发展现状而言，一方面，国际贸易的不确定性倒逼国内企业使用自研CPU和操作系统，2021年我国颁布的《关键信息基础设施安全保护条例》也规定电信、能源、交通、金融等八大行业的信息系统要使用国产CPU和操作系统，以上因素推动我国自主信息产业快速发展；另一方面，我国信息产业呈现着技术快速迭代、产业链深度融合和资本高度活跃的特点 。
在这一发展过程中催生了两条技术路线的多款CPU，一是获得ARM授权的IP或者指令系统，在此基础上研发芯片；二是坚持自主研发，做我国自己的技术体系 。
胡伟武形象地说明了二者的区别，“采用授权的指令系统虽然可以研制产品，但不可能构建自主的信息技术体系 。我们购买国外的IP来设计芯片相当于‘租房子’，不但要交租金，而且很多部分不能改动，自由度很低；而坚持自主研发指令系统和IP做芯片相当于‘盖房子’，虽然从0到1的过程很艰难，但能实现真正意义上的自主可控 。”
“我国信息产业面临改革开放以来最大的变局，推出自主指令系统，是建立自主体系的需要，更是实现技术自由的必要条件 。”胡伟武总结说道 。
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龙芯指令系统架构LoongArch
在构建构建自主信息技术体系的进程中，指令系统是绕不过去的话题，胡伟武在演讲中表示，我国不可能基于国外指令系统建设自主信息产业生态 。
因此，推出国产的自主指令系统势在必行，龙芯中科便是先行者之一 。凭借二十一年的CPU研发和生态建设积累，龙芯中科同时拥有了“2+3+3+2”十大技术能力 。具体来看，第一个“2”即BIOS、操作系统内核能力；第二个“3”指的是三大编译器社区GCC、LLVM、GOLANG；第三个“3”指的是虚拟机Java、javaScript、.NET；最后一个“2”则是两大二进制翻译系统LATX、LATA 。
基于如此深厚的技术和生态积累，龙芯中科于2021年正式推出具有完全自主知识产权的LoongArch自主指令系统架构 。据悉，LoongArch架构具备四大特点，一是先进性，吸收近年来指令集发展的先进技术成果，提高代码效率；二是兼容性，融合X86、ARM等的主要特点，高效支持二进制翻译；三是模块化，有基础部分，也支持二进制翻译、虚拟化、向量化；四是扩展性，指令槽留有余地，利于今后的持续演进 。
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据胡伟武介绍，目前LoongArch架构已通过国内权威机构的知识产权评估，并得到了国际开源软件社区的广泛认可与支持，其正在成为与X86、ARM并列的顶层开源生态系统 。
基于LoongArch的软件生态思路
接下来，胡伟武对基于LoongArch的软件生态思路作了详细解读 。
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首先，龙芯中科会提供基础版开源操作系统 。“我们要降低产业链门槛，提供BIOS、内核、编译器、虚拟机、浏览器、图形库等核心模块技术，与此同时规范硬件的兼容性，通过统一系统架构，实现操作系统硬件的兼容，无需不断适配 。”胡伟武解释说道 。
其次，充分考虑兼容需求的自主编程框架 。胡伟武表示，自主编程框架是自主操作的重要特征，只有使用自主编程框架写APP才能终止无休止的适配 。基于编程框架对自主信息体系建设的重要性，龙芯中科正在调研Windows、IOS、Android自主编程框架的特征，从而形成自己的编程框架，预计在明后年推出 。
最后，龙芯中科通过二进制翻译消除生态壁垒，实现广泛兼容 。据了解，二进制翻译技术是将一种指令集的软件翻译到另一种指令集并实现高效运行的技术 。与苹果的Rosetta以及Intel的Houdini翻译器一样，龙芯中科基于自主研发的LoongArch指令集，开发了二进制翻译系统LAT，支持X86和ARM平台的软件在龙芯平台上运行 。另外，通过软硬件结合大幅提高二进制翻译效率 。
例如，龙芯中科通过二进制翻译、浏览器插件兼容等关键技术，解决了IE时代应用在国产操作系统上无法兼容的普遍问题，实现基于IE ActiveX插件技术的网银、媒体等IE的网页应用能够直接在龙芯平台运行 。
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而后胡伟武谈及LoongArch生态近期的四项计划 。包括持续推动在国际上游社区创立LoongArch分支，成为与X86、ARM并列的分支、持续开展二进制翻译系统研发和优化工作，开展自主编程语言和编程框架的研究以及LoongArch开源计划 。其中LoongArch开源计划涵盖有组织（兼容）的开放，部分处理器IP核（Cortex A53以下性能）源码免费开放和核心课程迁移、实验平台迁移等高校计划 。
最后，胡伟武表示，龙芯中科在“十四五”期间要努力完成三个转变，一是从技术“补课”到生态建设的转变技术“补课”到生态建设的转变；二是从政策性市场到开放市场的转变；三是从跟随性发展的“必然王国”到自主发展的“自由王国”的转变 。
（校对/木棉）
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