龍芯推出自主指令系統(tǒng)架構LoongArch

龍芯15日發(fā)布新一代自主指令系統(tǒng)架構——龍芯架構（LoongArch）。龍芯中科技術有限公司董事長、中國科學院計算技術研究所研究員胡偉武介紹，從頂層規(guī)劃到各部分的功能定義，再到每條指令的編碼、名稱、含義，龍芯架構都進行了自主重新設計，同時也能兼容多種主流指令系統(tǒng)。

指令系統(tǒng)是計算機軟硬件的基礎界面，如果把設計芯片比作寫文章，指令系統(tǒng)就好比漢字或字母。基于二十年的CPU研制和生態(tài)建設積累，龍芯中科推出了龍芯架構，包括基礎架構部分和向量指令、虛擬化、二進制翻譯等擴展部分，近2000條指令，具有完全自主、技術先進、兼容生態(tài)三方面特點。

目前，支持龍芯架構的龍芯3A5000處理器芯片已經流片成功，基于新架構的完整操作系統(tǒng)已經在3A5000計算機上穩(wěn)定運行。龍芯中科從2020年起新研的CPU均支持LoongArch架構。

龍芯委托國內第三方知名知識產權評估機構對龍芯基礎架構進行深入細致的知識產權評估。從2020年二季度開始，雙方投入上百人月，將LoongArch與ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等國際上主要指令系統(tǒng)有關資料和幾萬件專利進行深入對比分析。

2021年1月，針對被評估的基礎架構版本該評估機構認為：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。

LoongArch指令系統(tǒng)手冊在章節(jié)結構、指令說明結構和指令內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。LoongArch基礎架構未發(fā)現(xiàn)對上述國際上主要指令系統(tǒng)中國專利的侵權風險。

CPU指令系統(tǒng)是計算機的軟硬件界面，是CPU所執(zhí)行的軟件指令的二進制編碼格式規(guī)范。一種指令系統(tǒng)承載了一個軟件生態(tài)，如x86指令系統(tǒng)和Windows操作系統(tǒng)形成的Wintel生態(tài)以及ARM指令系統(tǒng)和Android操作系統(tǒng)形成的AA生態(tài)。

無論是x86還是ARM指令系統(tǒng)，都需要獲得“授權”才能研制與之相兼容的CPU。采用授權指令系統(tǒng)可以研制產品，但不可能形成自主產業(yè)生態(tài)。用個形象的比喻來解釋，中國人可以用英文寫小說，但不可能基于英文形成民族文化。

這也就是擁有指令集的公司很容易就能對獲得授權的芯片設計公司卡脖子的原因，完全開源的RISCV，也是來源于美國伯克利大學，因此Loongson Architecture對中國集成電路產業(yè)而言是一個歷史性突破。

目前，龍芯中科已經在一定范圍內發(fā)布LoongArch的基礎架構指令系統(tǒng)手冊。待完成包括境外專利分析在內的進一步知識產權評估后，龍芯中科將在更大范圍內發(fā)布更完整的LoongArch指令系統(tǒng)手冊。

龍芯中科還將聯(lián)合產業(yè)鏈伙伴在適當?shù)臅r間建立開放指令系統(tǒng)聯(lián)盟，在聯(lián)盟成員內免費共享LoongArch及有關龍芯IP核。

龍芯自主指令集的重要性：

過去這些年，國內CPU公司引進過X86、ARM、Power、SPARC等指令集，但始終沒能建立起自己的Wintel，原因就在于始終保持著一種跟生態(tài)的心態(tài)，而且在軟件上的投入嚴重不足。如今，國際大環(huán)境的變化使購買國外指令集授權充滿了不確定因素，在這種情況下，開發(fā)自主指令集是規(guī)避風險的良策。

近日，美國制裁中國超算企業(yè)、臺積電不再為飛騰代工的消息在業(yè)內瘋傳。讓自主CPU架構指令集再成為話題。

很顯然，龍芯是希望短期兼容MIPS遺留生態(tài)過度，建設自己的軟件生態(tài)，建立中國版的Wintel。龍芯的目標宏偉，實現(xiàn)難度很大，但如果做成了，對產業(yè)安全和國家安全的積極作用是異常巨大。

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