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龙芯发布自主指令系统

新铁流 · 2021-07-05 · 来源:新铁流
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  近日,龙芯自主指令系统架构(Loongson Architecture)的基础架构通过国内第三方权威知识产权评估机构的评估,并发布于2021年信息技术应用创新论坛主论坛。

  过去这些年,国内CPU公司引进过X86、ARM、Power、SPARC等指令集,但始终没能建立起自己的Wintel,原因就在于始终保持着一种跟生态的心态,而且在软件上的投入严重不足。随着国际大环境风云变幻,特别是经过特朗普和拜登的教育,构建自主可控的信息技术体系和产业生态已成为共识,有鉴于ARM等西方科技公司遵守美国禁令制裁中国企业,购买国外指令集授权充满了不确定因素,在这种情况下,开发自主指令集是规避风险,彻底实现自主可控的良策。  

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  龙芯架构具有完全自主、技术先进、兼容生态三方面特点。

  从自主方面说。LoongArch 是全新的指令集,有2000多条指令。从2020年二季度开始,龙芯和第三方将LoongArch与ALPHA、ARM、POWER、RISC-V、X86等国际上主要指令系统有关资料和几万件专利进行深入对比分析。2021年1月,针对被评估的基础架构版本该评估机构认为:LoongArch在指令系统设计、指令格式、指令编码、寻址模式等方面进行了自主设计。LoongArch指令系统手册在章节结构、指令说明结构和指令内容表达方面与上述国际上主要指令系统存在明显区别。LoongArch基础架构未发现对上述国际上主要指令系统中国专利的侵权风险。

  从技术先进方面说。龙芯架构摒弃了传统指令系统中部分不适应当前软硬件设计技术发展趋势的陈旧内容,吸纳了近年来指令系统设计领域诸多先进的技术发展成果。比如重新设计的指令格式可以包含更多的指令槽,有利于以后的长远发展。MIPS只有3种指令格式,LoongArch重新设计了指令格式 ,使可用的格式多达10种 ,其包含3种无立即数格式和7种有立即数格式。例如单条指令支持的立即数从MIPS的最大16位扩展到最大24位,分支跳转偏移也从64K扩展到1M字节,以及寻址空间从固定分段改变为单一平面等,都有效减少了编译结果的目标指令条数和访存次数,提高了效能。

  从兼容方面说。龙芯架构在设计时充分考虑兼容生态需求,融合了各国际主流指令系统的主要功能特性,操作系统中除了运行原生的 LoongArch 程序,还能通过翻译的方式兼容 x86、ARM、RISC-V 这几种指令集的 Linux 程序。  

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  目前,龙芯已完成 GS132、GS264、GS464 三大系列 IP 核指令系统修改,支持龙芯架构的龙芯3A5000处理器芯片已经流片成功。在基础软件方面,已经完成 BIOS、编译器的内核改造,可以在 FPGA 平台上运行 SPEC CPU 等复杂应用;正在开展完整操作系统编译工作、开展 Java、JavaScript、.NET 虚拟机迁移工作。未来,龙芯计划开放LoongArch指令系统手册,联合产业链伙伴在适当的时间建立开放指令系统联盟,在联盟成员内免费共享LoongArch及有关龙芯IP核。

  CPU指令系统是计算机的软硬件界面,是软件生态的起点。采用授权指令系统可以研制产品,但不可能形成自主产业生态,只有从指令系统的根源上实现自主,才能打破软件生态发展受制于人的锁链。

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