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2012-07-05 00:15 出处:PConline原创 作者:Echo 责任编辑:xujian1

  【PConline 资讯】今年三月的时候,工信部曾召开一次会议,针对国产CPU打造统一的CPU架构标准展开讨论,认为国产CPU经历了这么多年的发展,应该会迎来一次改变未来方向的较大调整。当时消息一出,网友及业界的反应褒贬不一。

66
认为并不乐观的网友

4
认为着力应该发展的网友

  针对“中国国家指令集架构计划”,不管群众反应如何,计划还是会依照原有计划进行。最近新浪得到了解此事的中科院软件所研究员张云泉的情况透露。张表示相关计划正在推进,虽然现在只是一个意向,但还是很有可能达成。并且张云泉认为,打造统一的CPU指令集架构,应用软件等便可以进行集中研发,这将降低研发成本,有利于国产CPU快速形成生态系统。

龙芯
芯片发展

  不过相信此标准一经出台,将应用于与政府有合作关系的国企、央企和私企等等。像是有背景的政府采购,还有国家的研发项目、包括中国移动等电信运营商也毫无例外的要采用这一标准。国产CPU采用统一的指令集架构后,可能会限制各家之间的竞争,对创新产生负面影响。

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  过去,由于不同国产CPU采用架构不同,各自的生态系统实际上相互孤立,而打造统一的指令集架构则可以解决这种孤立的现状。国家过去在国产CPU的上投资比较分散,各家发展都不够强大,而打造统一的CPU架构,可以集中投资资源,有利于国产CPU做大做强。

  目前在PC芯片领域,英特尔X86架构近乎垄断了整个市场。在最热的移动芯片市场,英国ARM厂商的ARM架构也占据了超过80%的市场份额,从苹果、三星到HTC,甚至“山寨”大厂联发科(微博)都在采用这种架构。

 龙芯

工程总投资:10亿元以上
工程期限:2000年——2020年

  对于此次国内的统一指令集架构最有希望胜出的当属龙芯。对于龙芯,可能大家是又爱又恨的。下面我们来细谈一下龙芯。看龙芯发展至今是否已经具备了这样的资格。

龙芯出世

  MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked piped stages),其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。

  我国自主研发的龙芯便是基于MIPS,目前在百万计的学校计算机上都能看到。

龙芯
龙芯

  中国于2002年起投资50亿美元开发龙芯处理器,32位的龙芯一代运行频率只有266 MH;二代是64位,速度提高至1.2 GHz;以及针对服务器的龙芯3A处理器。

  它采用65纳米制造工艺,主频1 GHz,浮点运算16 gigaflops,有4.25亿个晶体管,功耗只有10瓦,芯片集成了4个核心,两个16位HyperTransport 1.0控制器,4MB二级缓存,内存控制器支持DDR2和DDR3;龙芯3B同样是65纳米工艺,主频仍然是1 GHz,集成了8个核心,每个核心2个256位矢量协同处理器,5.83亿个晶体管,浮点运算128 gigaflops,功耗40瓦。

龙芯发展图
龙芯发展图

  虽然诸多质疑声,但是龙芯还是一步步走到了2012年

龙芯1号面世

  2002年8月10日,中国自主研发的“龙芯1号”高端通用处理器正式面世。

龙芯
龙芯一号

  龙芯处理器的研制成功在国际上引起了很大反响。2005年7月,美国著名的市场分析公司In-stat公司在权威刊物《微处理器报告》上发表文章,详细介绍了龙芯2号的设计,文章中提到“中国已经有设计世界一流处理器的能力。

龙芯1号
龙芯1号

  龙芯一号CPU采用0.18微米CMOS工艺制造,包含近400万个晶体管,主频最高可达266MHz,具有良好的低功耗性,平均功耗0.5瓦特,在片内提供了一种特别设计的硬件机制,可以抗御缓冲区溢出类攻击。在硬件上根本抵制了缓冲溢出类攻击危险,从而大大增加了服务器的安全性。基于龙芯CPU的网络安全设备可以满足国家政府部门,企业机关对于网络与信息系统安全的需求。

  在2002年9月28日,对于中国处理器领域来说又是一个全新的起点,小名“狗剩”的中国第一颗通用式处理器芯片---“龙芯1号”终于展示在了世人的面前掀开了他神秘的面纱。,龙芯小名叫“狗剩”是遵循中国传统习俗,希望“名字贱一点容易养大”。此次发布小名为“狗剩”的CPU是中国科学院计算技术研究所历时两年、独立研制成功的我国首枚高性能通用CPU。“龙芯”的成功问世,标志着我国已经结束了在计算机关键技术领域的“无芯”历史。

龙芯龙芯
龙芯的研发及发布

  这款芯片它采用了0.18微米工艺,包含近400万个晶体管,主频最高可达266MHz,已用于了国产龙腾服务器当中,这也打破了我国长期依赖国外处理器产品的尴尬局面。虽然作为中国人第一次拥有自主知识产权的处理器产品,但同时相关人员也保持着相当清醒的头脑,因为就技术和应用的角度来看,龙芯一号与其主流的处理器产品还有着相当大的差距,据了解龙芯1号仅相当于中端Pentium 2的水平,主频低其性能还相对较差,虽说如此,但我们也不能不承认龙芯1号的推出可以算是其中国处理器历史上一个新的里程碑。

  其实“龙芯1号”的问世不仅仅在于中国自主研发处理器产品,而其更深层次的意义在于它捅破了困扰在中国科技技术人员心中的一层纸,凭借着自身的技术研发实力中国也可以自己生产制造出被国外垄断的处理器产品,为下一步对于处理器的研发打下了更为坚实的基础。

龙芯2号

  2009年1月8日,采用国产通用CPU“龙芯”产品的首个实体店在北京海淀区中关村科学院南路10号北京龙芯技术服务中心1楼开业。

龙芯

  龙芯2号采用0.13微米CMOS工艺制造,片上集成了1350万个晶体管,主频最高可达500MHz,硅片面积6.2毫米×6.7毫米,功耗为3-5瓦。龙芯2号实现了先进的四发射超标量超流水结构,片内一级指令和数据高速缓存各64KB,片外二级高速缓存最多可达8MB。经过国际公认的SPEC CPU2000标准测试程序的实测,龙芯2号的性能是龙芯1号的8-10倍,是1.3GHz的威盛处理器的2倍,已达到相当于Pentium 3的水平。基于龙芯2号的Linux-PC系统可以满足绝大多数的桌面应用。

龙芯
龙芯2号

  龙芯似乎为了体现出完全本土话的感觉,都在其将其处理器都被赋予了体现一些有中国特色的名字作为昵称或者说小名。龙芯1号被命名为了“狗剩”,而这块龙芯2号,为了纪念毛主席诞辰110周年,特意将其命名为“毛泽东110”,纪念这位中国的伟人。

  龙芯2号处理器是国内首款64位高性能通用CPU芯片,制造商为中芯国际(SMIC)。它不再沿用龙芯1号的32位MIPS指令架构,而是升级到64位MIPS指令架构,这一技术环节的提升不疑增强了龙芯二号的性能潜力。

龙芯2号MZD110
龙芯2号MZD110

  它采用130纳米 CMOS标准单元工艺制造,龙芯2号最高频率可达到500MHz,功耗3W--5W,远远低于国外同类芯片。设计人员称龙芯2号是一款在设计SPEC CPU2000分值可达到300分以上的64位通用处理器芯片。据了解,是2002年9月28日发布的“龙芯一号”实测性能的8到10倍,完全可以媲美Intel Pentium 3,甚至超过1.3GHz的威盛处理器的2倍至3倍,这样的技术性能对于龙芯来说已经相当的不错。

  龙芯2号处理器支持64位Linux操作系统和X-window视窗系统,运行全功能的Mozilla浏览器、多媒体播放器和一些办公套件,比32位的“龙芯”1号更流畅地支持视窗系统、桌面办公、网络浏览、DVD播放等应用,并具备桌面PC的基本功能,尤其在低成本信息产品方面具有很强的优势。在应用前景上,也有大幅度的提升,据了解龙芯2号的主要应用目标是Linux桌面网络终端、低端服务器、网络防火墙、路由器交换机、多媒体网络终端机、无盘工作站等。

龙芯2C
龙芯2C

  虽然龙芯2号处理器的推出,使得我们在处理器领域又向前迈出了较为坚实的一步,相比龙芯1号处理器在性能上有了10-15倍的提升,不过跟世界主流处理器相比,无论是在设计还是在性能上都还有着相当明显的差距,另外在中国龙芯处理器兼容性不强也是阻碍发展一个较为明显的弊端。

龙芯3号

  在完成上述龙芯2号处理器在技术上的更新和改进之后,研发技术人员迅速投入到下一代“龙芯3号”的开发上面,据悉“龙芯3号”处理器是一款多核处理器,将采用65纳米或更先进工艺,在片内集成16个改进后的龙芯2号处理器核。主要面向服务器和高性能机应用,部分低端龙芯3号也可以面向部分桌面应用。龙芯3号最终将实现对内峰值每秒500-1000亿次的计算速度。

龙芯3A
龙芯3A

  2006年3月3日,从中科院计算所传出消息,计算所计划将自主开发的CPU龙芯3号植入到曙光高性能超级计算机中,这项计划称为“超龙计划”。“超龙计划”将采用正在研发中的多核CPU——龙芯三号,制造更高性能的新一代曙光系列超级计算机。

龙芯3B结构
龙芯3B架构

  2008年11月30日,中科院计算所对外发布,具有多核特点,功耗更低,兼容性更好的龙芯三号已流片成功,即将进入量产阶段,将可能用于下一代1000万亿次超级计算机“曙光6000”上,这将是龙芯产业化的重要一步。四核与八核版本的龙芯3号处理器都是用65nm技术制造,时钟主频均为1GHz。它们的能耗很低,四核龙芯3为10W,八核的也只有20W。使用了MIPS64内核,增加了超过200条的X86二进制转换和多媒体加速指令。

龙芯各型号CPU主要技术参数
型号 核心数 制程工艺
(nm)
主频
(MHz)
晶体管
数目
(百万)

一级数
缓存
(KB)

一级指
令缓存
(KB)

二级
缓存
(KB)
龙芯1 1 180 260 2.5 8 8 -
龙芯1A
1 130 300 - 16 16 -
龙芯1B 1 130 200 - 8 8 -
龙芯2B 1 180 300 10 64 64 -
龙芯2C 1 180 500 13.5 64 64 -
龙芯2E 1 90 800 47 64 64 512
龙芯2F 1 90 800 51 64 64 512
 龙芯3A 4 65 900 425 64x4 64x4 4096
龙芯3B 4+4 65 1000 582.6 64x8 64x8 4096
    注:标为“-”是没有相关记载介绍

  龙芯发展到现在,10年的时间里已经发展到了第三代。从当初的龙芯1号到现如今的龙芯3A、3B。英文名从起初的Godson到现如今Loogson,从当初的应用在玲珑笔记本,到如今要实现超级计算机上完全应用龙芯。龙芯CPU的性能据称已经达到64位,以这样的速度不知20年后能否实现赶上美国水平。

  过去十几年,国家以核高基项目为核心,一直在国产CPU上进行资金扶持,而目的就是为了有中国自己的芯片,摆脱向外国企业支付专利费的局面。不过,目前的现状仍让国产CPU尴尬,在PC及移动互联领域,国产企业仍然没有任何话语权。这种现状,可能触发了打造国产CPU统一架构的计划。

  可以说龙芯处理器是“中国芯”系列工程之一,它与北大众志、方舟、星光等处理器芯片并称为中国芯,打破了中国无芯的历史。中国芯片界究竟能否“统一”,我们目前无从得知,不过龙芯是否能胜出相信网友还是非常关注的,对于此事件,我们则会一直跟踪报道。

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