國產(chǎn)CPU歷史性跨越！我們終于有了自己的指令集

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

此前的國產(chǎn)CPU指令集，無論x86、ARM、MIPS、RISC-V、Alpha、Power，無論封閉、授權還是開源，根基其實都掌握在別人手里，一旦出現(xiàn)意外根本不堪一擊。

現(xiàn)在，作為國產(chǎn)CPU的標桿企業(yè)，龍芯中科正式發(fā)布了自主指令系統(tǒng)架構(gòu)“Loongson Architecture”，簡稱為“龍芯架構(gòu)”或者“LoongArch”，已經(jīng)通過了國內(nèi)第三方知名知識產(chǎn)權評估機構(gòu)的評估。

LoongArch包括基礎架構(gòu)部分，以及向量擴展LSX、高級向量擴展LASX、虛擬化LVZ、二進制翻譯LBT等擴展部分，總共接近2000條指令，同時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、技術先進、兼容生態(tài)三個方面的特點。

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

其次，LoongArch摒棄了傳統(tǒng)指令系統(tǒng)中，部分不適應當前軟硬件技術發(fā)展趨勢的陳舊內(nèi)容，同時吸納了近年來指令系統(tǒng)設計領域諸多先進的技術發(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計，在軟件方面也更易于編譯優(yōu)化和操作系統(tǒng)、虛擬機的開發(fā)。

再次，LoongArch在設計時充分了考慮兼容生態(tài)需求，融合了各國際主流指令系統(tǒng)的主要功能特性，同時依托龍芯團隊在二進制翻譯方面十余年的技術積累創(chuàng)新，不僅能夠確�，F(xiàn)有龍芯平臺應用二進制的無損遷移，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多種國際主流指令系統(tǒng)的高效二進制翻譯。

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)定運行，同時，從其它主流指令系統(tǒng)到龍新架構(gòu)的二進制翻譯系統(tǒng)，也已成功演示運行基于其它主流指令系統(tǒng)的復雜應用程序。

2020年第二季度開始，龍芯中科委托國內(nèi)第三方知名知識產(chǎn)權評估機構(gòu)，對LoongArch進行深入細致的知識產(chǎn)權評估。

雙方投入上百人月，將LoongArch與Alpha、ARM、MIPS、Power、RISC-V、X86等國際主要指令系統(tǒng)的有關資料和幾萬件專利進行了深入對比分析。

 

2021年1月，評估機構(gòu)認為：

1、LoongArch在指令系統(tǒng)設計、指令格式、指令編碼、尋址模式等方面進行了自主設計。

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

3、未發(fā)現(xiàn)LoongArch基礎架構(gòu)對上述國際主要指令系統(tǒng)中國專利的侵權風險。

目前，龍芯中科已經(jīng)在一定范圍內(nèi)發(fā)布LoongArch的基礎架構(gòu)指令系統(tǒng)手冊，后續(xù)會在更大范圍內(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?shù)臅r間建立開放指令系統(tǒng)聯(lián)盟，免費共享LoongArch、有關龍芯IP核。

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