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硬件|国产芯片取得惊人进展 龙芯现状如何？

国内的半导体技术到底是什么水平？这个问题想必很多国人都感兴趣 ， 其实感兴趣的不只国人 ， 老外也十分关注中国的半导体行业发展 ， 而在小雷日常逛外国科技数码网站的时候 ， 就看到了一篇关于中国半导体芯片的报道 。
标题十分吸引人：《Loongson Claims its CPU IPC Will Match AMD Zen 3 and Intel Willow Cove by 2023》 ， 翻译一下就是：龙芯称其CPU的IPC性能将在2023年之前与AMD Zen3及英特尔Willow Cove（十一代酷睿的架构）匹敌 。
硬件|国产芯片取得惊人进展 龙芯现状如何？
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说实话 ， 粗看标题小雷第一反应是今天是不是愚人节 ， 显然不是 ， 毕竟五一假期都过去一个多月了 。
对半导体、芯片领域不熟悉的读者可能没什么感觉 ， 但是只要对这两个领域有一定了解 ， 都会感到震惊 ， 毕竟Zen3和Willow Cove可是实打实的先进制程+先进架构 ， 代表着目前世界上半导体行业的最高水准 。
不说对标Zen3和Willow Cove ， 只要龙芯能够达到Zen1的水平 ， 都足以让我们在半导体领域扬眉吐气 ， 直接与AMD、英特尔叫板 。理智告诉我虽然国内半导体行业发展已经十分迅速 ， 但是想要在如此短的时间内追上世界先进水平 ， 可能性还是太低了 。
到底是什么东西 ， 能让老外们给出这样的报道？？
龙芯大战Zen3？
在外网的文章报道中 ， 龙芯公司声称将在2023年推出在IPC性能上能够与AMD Zen3匹敌的处理器 。首先我们了解一下什么是IPC性能 ， 简单来说 ， IPC就是CPU每一时钟周期内执行的指令数量 ， 假设时钟周期为1 ， 上一代的CPU可以在1的时钟周期内执行100条指令 ， 下一代提升为115条 ， 那么就等于IPC性能提升15% 。
而且 ， 英特尔提出的CPU性能判断公式就是CPU性能=IPC*主频 ， 所以在主频不变的情况下 ， 对比IPC性能就可以得出CPU性能的提升幅度 。举个例子 ， 同样是3.0GHz主频 ， A型CPU的IPC性能为100 ， B型CPU性能为150 ， 那么B型CPU的性能就比A型CPU高50% 。
当然 ， CPU的真实性能涉及到更复杂的变量 ， 比如系统、应用环境等 ， 只是单纯从数据方面来说 ， 如此计算也是对的 。所以 ， IPC性能指标十分重要 ， 甚至可以说IPC性能的提升基本上就等同于CPU性能的提升 。
那么龙芯下一代处理器3A6000的IPC能够与Zen3媲美 ， 说明3A6000在性能上能够媲美Zen3？并不是 ， IPC性能是一个重要的指标 ， 但是CPU主频一样重要 ， 只要其中一项数据无法并驾齐驱 ， 真实性能就不可能相等 。
AMD的Zen3处理器目前最低端的入门型号为Ryzen3 5400U ， 四核八线程 ， 基准主频为2.6GHz ， 最大加速时钟频率为4.0GHz 。作为对比 ， 龙芯3A5000的主频为2.3GHz-2.5GHz（目前龙芯主频最高的在售处理器） ， 主频的巨大差距意味着即使两者的IPC性能相当 ， 3A5000的最高性能也不如Ryzen3 5400U的正常最低性能 。
即使乐观预计下一代的3A6000能够提升主频 ， 大概率也不会超过2.8GHz ， 0.3GHz的提升看似很小 ， 但是了解处理器领域的读者应该清楚 ， 0.3GHz的变化基本上等同AMD Zen2到Zen3的提升幅度 ， 难度其实非常大 。
当然 ， 就算真实性能无法与Zen3媲美 ， 光是IPC性能相当就足以让人感到兴奋 。不过我在龙芯官网却没有看到相关的报道 ， 仅仅是看到：龙芯3A6000及龙芯3C6000系列将采用12nm工艺和新的LA664架构设计 。
另外 ， 龙芯基于新架构和工艺做的仿真测试结果显示：龙芯3A6000处理器单核SPEC CPU 2006定点/浮点base分值从26/28分提高到35/45分 ， 分别提升37%及68% 。以上就是官方公布的关于3A6000系列处理器性能的消息 ， 并没有提到IPC性能 ， 那么IPC性能的数据又来源于哪里呢？
硬件|国产芯片取得惊人进展 龙芯现状如何？
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【硬件|国产芯片取得惊人进展 龙芯现状如何？】（图片来源：龙芯官网）
经过检索 ， 在网友的指路下我发现IPC性能的相关报道来自于一个自媒体 ， 作者通过整合前两代龙芯的性能测试结果 ， 基于龙芯给出的3A6000模拟数据计算出了SPEC06单核定点Base和浮点Base的成绩 。最后假设3A6000的主频达到2.5GHz-2.8GHz ， 那么3A6000的IPC性能就将与Zen3相仿 。
简单来说 ， 这个结果是基于假设的模仿测试得出的 ， 暂时还没有实际的数据支撑 ， 所以国产CPU的支持者还是别高兴得太早了 。
龙芯现状如何？
龙芯现在到底走到了哪里？近日举办的“2022年LoongArch生态发展暨通明湖创新应用论坛”也许可以给出答案 。LoongArch可能听过的人并不多 ， 不过另一个名字大家应该都熟悉——龙芯 ， LoongArch正是龙芯中科研发的一个指令集架构 ， 目前主要应用在旗下的龙芯系列芯片中 。
硬件|国产芯片取得惊人进展 龙芯现状如何？
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（图片来源：龙芯官网）
在论坛上 ， 龙芯中科正式发布3C5000系列芯片 ， 所采用的就是上面提到的LoonArch指令集架构 ， 根据官方说法 ， 3C5000系列芯片可以满足通用计算、大型数据中心和云计算中心的使用需求 。
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（图片来源：龙芯官网）
虽然国内半导体行业在过去发生过不少让人难以启齿的问题 ， 但是作为国内自研半导体芯片的龙头 ， 龙芯确实无愧于他们的名字 。3C5000系列的官方数据显示 ， 其采用16核心设计 ， unixbench分数达到95000分以上 ， 双精度计算能力可达560GFlops ， 峰值性能与典型ARM 64核处理器相当 。
此外 ， 3C5000系列最高支持16路互连 ， 搭配一并推出的龙芯7A2000桥接芯片 ， 使PCIe带宽对比上一代芯片提升达400%以上 。从描述来看 ， 3C5000系列确实拥有不错的性能 ， 那么具体性能如何呢？
具体参数方面 ， 3C5000L的主频为2.0GHz-2.2GHz ， 支持4个72位DDR4-3200控制器 ， 支持ECC校验 ， 支持1个SPI、1个UART、3个I2C、16个GPIO接口 ， 功耗为130W 。
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（图片来源：龙芯官网）
虽然3C5000L看起来并不算出彩 ， 但是在国产处理器中却是数一数二的存在 ， 进步的速度也远比预料的快 。而且 ， LoongArch也已经摆脱了MIPS的束缚 ， 根据相关信息来看 ， LoongArch是完全自主研发的新型架构 ， 仅通过二进制翻译技术兼容MIPS 。
甚至可以说 ， 如今束缚国产芯片的主要因素其实只剩下制程工艺和光刻机 ， 而在芯片设计上国产芯片已经迸发出让人惊叹的实力 ， 在稳步前进的情况下 ， 只要能够解决光刻机等问题 ， 那么在未来的10年左右追上领先水平并非没有可能 。
有读者可能觉得10年也太久了吧？实际上 ， 能够用30年追上英特尔、AMD六七十年的研发成果 ， 已经足以让人感叹我们在半导体领域的进步神速了 。
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