12月24日，國(guó)產(chǎn)CPU廠商龍芯在北京正式發(fā)布自主研發(fā)的新一代通用處理器——龍芯3A4000、龍芯3B4000，其中桌面版的龍芯3A在性能上提升一倍以上，多路服務(wù)器版可提升3倍性能。

與此同時(shí)，龍芯還宣布2019年其處理器累計(jì)出貨已達(dá)50萬顆。此外還透露，12nm工藝的下代CPU性能可達(dá)同期AMD水平。

在當(dāng)天的發(fā)布會(huì)上，聯(lián)想、中科曙光、方正、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院等也發(fā)布了基于龍芯新一代通用處理器的桌面計(jì)算機(jī)、筆記本、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品。

龍芯2019年出貨已達(dá)50萬顆

目前龍芯主要有三大系列產(chǎn)品：

龍芯1號(hào)：面向特定應(yīng)用需求的定制的“小CPU”系列，為32位低功耗、低成本處理器，主要針對(duì)低端嵌入式和專用應(yīng)用領(lǐng)域；

龍芯2號(hào)：面向工控和終端應(yīng)用的“中CPU”系列，主要為64位低功耗單核或雙核列處理器；

龍芯3號(hào)：面向桌面/服務(wù)器類應(yīng)用的“大CPU”系列，主要為為64位多核系列處理器。

據(jù)龍芯中科副總裁張戈介紹，目前龍芯在政企、安全、金融、能源等應(yīng)用場(chǎng)景均有廣泛應(yīng)用，2019年龍芯芯片出貨量已達(dá)到50萬顆以上，在國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用市場(chǎng)份額領(lǐng)先。

雖然50萬片的出貨量看上去并不大，但是對(duì)于一款完全自主可控的國(guó)產(chǎn)CPU來說，已經(jīng)是非常不錯(cuò)的成績(jī)了，也已經(jīng)是目前國(guó)產(chǎn)CPU廠商當(dāng)中出貨最大的了。

值得注意的是，在今年10月的第十四屆“中國(guó)芯”集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會(huì)在青島隆重舉辦。龍芯提報(bào)的龍芯3A/B3000處理器，憑借其優(yōu)秀的市場(chǎng)表現(xiàn)，榮獲第十四屆“中國(guó)芯”“優(yōu)秀市場(chǎng)表現(xiàn)產(chǎn)品”稱號(hào)。

據(jù)介紹，龍芯3A/B3000系列累計(jì)出貨量已達(dá)30萬片以上，已應(yīng)用于政企辦公、網(wǎng)安、能源、交通、教育等多個(gè)領(lǐng)域，并得到了用戶的廣泛認(rèn)可，具備相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

龍芯3A/B4000系列發(fā)布，單核性能與AMD“挖掘機(jī)”相當(dāng)

相比上一代的龍芯3A/B3000系列來說，此次時(shí)隔近兩年才發(fā)布的龍芯3A/B4000系列，雖然采用的還是28nm FDSOI工藝，但是在性能上有了成倍的提升。

據(jù)介紹，龍芯3A4000/3B4000采用了龍芯最新研制的新一代高性能處理器內(nèi)核GS464V（上一代是GS464E），支持片內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)總線、HT3.0系統(tǒng)總線、DDR4內(nèi)存總線，同時(shí)還支持UART、SPI等接口。主頻提升至1.5GHz-2.0GHz。

其中龍芯3A4000是針對(duì)桌面級(jí)的，核心數(shù)量可達(dá)4-8核，擁有雙DDR4-2400/2133內(nèi)存通道，雙HT3.0系統(tǒng)總線，效率提升一倍。而龍芯3B4000則是面向高性能計(jì)算的，核心數(shù)量可達(dá)16-32核。

在性能方面，龍芯3A4000系列的SPEC CPU2006定點(diǎn)和浮點(diǎn)單核分值均超過20分，達(dá)到了上一代產(chǎn)品的兩倍。

反映傳統(tǒng)桌面性能的SPEC INT2000的單核base測(cè)試分?jǐn)?shù)也從上一代的930分提高到了2090分，達(dá)到了與AMD 28nm最后產(chǎn)品“挖掘機(jī)”相當(dāng)，高于14nm ARM處理器的水平。

龍芯3B4000支持4路直連，四路服務(wù)器性能是上一代的3B3000雙路服務(wù)器性能的4倍。此外，虛擬機(jī)效率也從上一代產(chǎn)品的88%提高到98%。

中科院計(jì)算技術(shù)研究所總工程師、龍芯中科總裁、首席科學(xué)家胡偉武博士表示，龍芯3A/B4000系列已經(jīng)基本完成了設(shè)計(jì)能力方面的補(bǔ)課，我們通過設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了單核通用處理性能的提升。

在封裝和功耗方面，龍芯表示，龍芯3A4000的封裝尺寸比3A3000更小，尺寸為37.5mm*37.5mm，支持普通BGA、LGA和CBGA多種封裝形式，同時(shí)其桌面主板可支持四層板，典型功耗為30-40W。

值得一提的是，龍芯4000系列內(nèi)部的GS132E核心主要負(fù)責(zé)監(jiān)控主核運(yùn)行，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)功耗管理。

在具體體驗(yàn)方面，基于龍芯3A4000的筆記本工作時(shí)間比基于3A3000的筆記本提高了一倍以上。

不過，胡偉武也指出，龍芯3A4000的30-40W的典型功耗還是比較大，這主要是由于所采用的是工藝不夠先進(jìn)。所以，建議在科學(xué)計(jì)算環(huán)境下使用256位浮點(diǎn)向量時(shí)，適當(dāng)降低電壓和頻率。

所有模塊源代碼均為自主研發(fā)

需要指出的是，作為脫胎于中科院計(jì)算所的國(guó)產(chǎn)CPU廠商，龍芯CPU目前主要應(yīng)用領(lǐng)域也是在黨政辦公、航天、金融、能源等領(lǐng)域，因此對(duì)于CPU的自主可控及安全方面也有著更高的要求。

胡偉武強(qiáng)調(diào)，龍芯芯片所有源代碼均為自主設(shè)計(jì)，所有模塊源代碼和各類全定制模塊均為自主研發(fā)，除了廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)和Memory Compiler（內(nèi)存編譯器）外，沒有任何第三方IP。

在CPU的安全方面，龍芯4000系列擁有強(qiáng)大的片內(nèi)安全機(jī)制。通過專門指令實(shí)現(xiàn)了對(duì)MD5、AES、SHA等加解密算法的支持；同時(shí)集成了專用的安全可信模塊，支持國(guó)密算法；支持“影子?！钡仍L問控制機(jī)制，對(duì)于操作系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用、進(jìn)程切換、IO訪問可以有效監(jiān)督?？梢杂行У姆婪洞饲皒86和Arm處理器爆出的Meltdown和Spectre漏洞。

操作系統(tǒng)及軟件生態(tài)建設(shè)

得益于PC市場(chǎng)數(shù)十年的積累，X86架構(gòu)的CPU的系統(tǒng)及軟件生態(tài)是最為豐富的。而Arm架構(gòu)的CPU也受益于Arm在移動(dòng)市場(chǎng)的霸主地位，系統(tǒng)及軟件生態(tài)也是非常豐富。相比之下，對(duì)于既非X86也非Arm架構(gòu)的龍芯來說，在系統(tǒng)及軟件生態(tài)上則需要花費(fèi)更多的精力去建設(shè)。

目前龍芯針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，已經(jīng)推出了適配不同操作系統(tǒng)的解決方案。比如，Loongnix是面向通用信息化系統(tǒng)的，基于通用Linux平臺(tái)進(jìn)行完善和優(yōu)化，為統(tǒng)一操作系統(tǒng)UOS龍芯版提供支撐。

LoongOS是面向高可靠實(shí)時(shí)終端的，基于Linux/RT-Linux構(gòu)建了簡(jiǎn)潔高效的OS。

LoongWorks是面向?qū)崟r(shí)嵌入式應(yīng)用的，針對(duì)歷史應(yīng)用，基于VxWorks內(nèi)核，完善圖形和網(wǎng)絡(luò)等API。

值得注意的是，就在本月初，國(guó)產(chǎn)統(tǒng)一操作系統(tǒng)UOS（unity operating system）龍芯版正式發(fā)布，已適用龍芯3A3000系列、龍芯3B3000系列、3A4000系列、龍芯3B4000系列。

據(jù)介紹，在近半年的時(shí)間里，UOS開發(fā)團(tuán)隊(duì)與龍芯中科的系統(tǒng)軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)Linux內(nèi)核、BIOS固件、編譯器、瀏覽器、圖形驅(qū)動(dòng)等多項(xiàng)基礎(chǔ)軟件共同解決了幾十項(xiàng)問題，確保UOS在龍芯平臺(tái)上功能完善、體驗(yàn)流暢、質(zhì)量穩(wěn)定。

另外，為了提升兼容性，胡偉武表示，龍芯將進(jìn)一步統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)跨主板整機(jī)兼容和CPU代際兼容。

從龍芯3A4000開始，龍芯也將參考設(shè)計(jì)全面支持統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)，開發(fā)支持ACPI主板、固件、內(nèi)核及OS的參考設(shè)計(jì)，以及基于ACPI/EC筆記本標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。

下一代產(chǎn)品將實(shí)現(xiàn)“突破”

胡偉武表示，龍芯第一代產(chǎn)品算是“基本可用”，屬于“小學(xué)畢業(yè)”水平；第二代產(chǎn)品則提升到了“可用”的階段，屬于“中學(xué)畢業(yè)”水平；第三代產(chǎn)品已經(jīng)“好用”了，屬于“大學(xué)畢業(yè)”水準(zhǔn)了；下一代產(chǎn)品將要與國(guó)際芯片巨頭同臺(tái)競(jìng)技。

“要想實(shí)現(xiàn)與國(guó)際芯片巨頭同臺(tái)競(jìng)技，首先需要通過幾級(jí)階梯登上‘臺(tái)’去，龍芯現(xiàn)在就是在走最后一級(jí)階梯。”胡偉武說到。

據(jù)胡偉武透露，龍芯的下一代產(chǎn)品，龍芯3A5000將采用12nm工藝，主頻將提高到2.5GHz，同時(shí)，其內(nèi)存控制器延遲/寬帶進(jìn)一步優(yōu)化，LLC增加一倍，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)級(jí)二進(jìn)制兼容。單核性能屆時(shí)將提高至30分左右，通用性能達(dá)到同期AMD的水平，計(jì)劃于2020年上半年流片。

龍芯3C5000將同樣采用12nm工藝，核心數(shù)會(huì)進(jìn)一步增加，支持4至16路服務(wù)器，計(jì)劃將于2020年下半年流片。
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