单核性能10年提升10倍 龙芯CPU构建全面开放的LoongArch生态系统

龙芯中科于2021年正式推出具有完全自主知识产权的LoongArch自主指令集，具有完全自主、技术先进、兼容生态三大特点。

在先进方面，LoongArch吸纳了现代处理器架构中各种先进指令技术优势，指令集效率大大提升，摒弃了传统指令系统中已不合时宜的陈旧内容，以及对于指令系统设计领域的先进技术的发展，与原有兼容指令系统相比，LoongArch不仅在硬件方面更易于高性能低功耗设计，而且在软件方面更易于编译优化和操作系统、虚拟机的开发。

在自主性方面，LoongArch从整个架构的顶层规划，到各部分的功能定义，再到细节上每条指令的编码、名称、含义，在架构上进行自主重新设计，具有充分的自主性，已通过了第三方权威知识产权评估机构的评估。

在兼容性方面，LoongArch融合了各国际主流指令系统的主要功能特性，同时依托龙芯团队在二进制翻译方面十余年的技术积累创新，不仅能够确保现有龙芯电脑上应用二进制的无损迁移，而且能够实现多种国际主流指令系统的高效二进制翻译。也就是说，LoongArch可以兼容多种国际主流的指令系统。

去年下半年推出的3A5000/3C5000L芯片正是基于LoongArch指令集。

其中，龙芯3A5000是首款基于LoongArch指令集的桌面处理器，主频为2.3GHz-2.5GHz，包含4个处理器核心。每个处理器核心采用64位超标量GS464V自主微结构，包含4个定点单元、2个256位向量运算单元和2个访存单元。

龙芯3A5000集成了2个支持ECC校验的64位DDR4-3200控制器，4个支持多处理器数据一致性的HyperTransport 3.0控制器。支持主要模块时钟动态关闭，主要时钟域动态变频以及主要电压域动态调压等精细化功耗管理功能。

根据龙芯中科公布的国内第三方测试机构的测试结果显示，龙芯3A5000处理器在GCC编译环境下运行SPEC CPU2006的定点、浮点单核Base分值均达到26分以上，四核分值达到80分以上。

基于国产操作系统的龙芯3A5000桌面系统的Unixbench单线程分值达1700分以上，四线程分值达到4300分以上。测试分值已经逼近市场主流桌面CPU水平，在国内桌面CPU中处于领先地位。

龙芯3C5000L则是龙芯中科的新一代服务器处理器。龙芯3C5000L通过封装集成了四个3A5000硅片，形成16核处理器。

基于龙芯3C5000L的四路64核服务器整机的SPEC CPU2006性能分值可达900分以上，全面满足云计算、数据中心对国产CPU的性能需求。

龙芯表示，CPU的单核性能更能够反应芯片设计能力，正是基于龙芯自主IP核的不断超越，十年来龙芯CPU单核性能提升了10倍，这其中主频仅提升了1.5-2倍，剩下的2-5倍的性能提升更多是来自于龙芯自身的CPU设计能力的提升。

此外，3A5000/3C5000L还内置国密算法和可信模块，实现了自主与安全的深度融合，彻底打破由Wintel及AA国外厂商主导的基于指令集及芯片设计的生态体系，填补国家信息化发展对芯片要求性能优异并具有完全自主知识产权的空白。为加快数字化发展、建设数字中国打下坚实的自主核心硬件基础。

倪院士在大会致辞中表示，LoongArch自主指令集系统(龙芯架构)的发布，是中国信息产业的一个重要成果，希望龙芯等国产CPU开展协同攻关，开拓创新，能够成为国家网信事业的坚强底座。

倪院士同时表示，国产软硬件的发展过程一般要经历“不可用”-“可用”-“好用”三个阶段，采用自主知识产权龙芯架构的龙芯3A5000/3C5000L等国产CPU，已经在我国各领域广泛应用，并取得了令人瞩目的成就。

构建全面开放的产业生态体系伴随龙芯LoongArch自主指令集以及3A5000/3C5000L芯片的问世，龙芯中科实现了顶层架构、指令功能以及ABI标准等全方位自主设计。

目前，基于龙芯LoongArch自主指令集已经初步构建了基础软件技术体系。包括BIOS、内核、GCC编译器、LLVM编译器、GoLang编译器、Java虚拟机、JavaScript虚拟机、.NET虚拟机、浏览器、媒体播放器、图形库、KVM虚拟机等操作系统核心模块已经完成向LoongArch的迁移，并集成在龙芯基础版操作系统Loongnix中提供给生态伙伴。

统信操作系统、麒麟操作系统、龙蜥操作系统、WPS办公软件、微信、360浏览器等均已支持LoongArch。

通过二进制翻译支持了X86/Linux平台和X86/Windows平台的部分应用以及X86/Windows平台的大量打印机外设。

未来，龙芯将推出基于LoongArch的充分考虑兼容需求的自主编程框架。

龙芯中科副总裁张戈表示，已有近百家厂商推出了数百款基于LoongArch的龙芯桌面、服务器、网安、密码等产品，

此外，在本次发布会上，龙芯还携手一众合作伙伴共同发布了统信桌面操作系统V20（ LoongArch版）、银河麒麟桌面操作系统V10SP1（龙芯版）、龙蜥操作系统(Anolis OS) 8 LoongArch 版本、联想开天M540Z龙芯3A5000台式机、同方超锐L860-T2龙芯3A5000笔记本、七〇六天熠系列龙芯3C5000L服务器、龙芯浏览器V3等多款联合产品。

同时来自中国民生银行、浙江移动、江苏省电化教育馆、中国铁道科学研究院集团有限公司等不同行业的专家分别就龙芯在金融、通信、教育、交通等关键信息基础设施领域的行业信息化建设及应用进行讲解，充分验证了国产芯片由能用已经走到了好用的阶段。

龙芯还携手合作伙伴，针对金融、通信、教育、交通、医疗等多个市场，打造了一系列的行业标杆案例。

为了进一步繁荣LoongArch生态，龙芯宣布了全面开放的LoongArch生态计划。

一方面是积极在上游开源社区建立LoongArch分支，在得到上游开源社区支持后，LoongArch生态将随社区自动演进，极大丰富支持LoongArch的软件版本，大幅减少软件迁移适配工作；

另一方面则是建立LoongArch联盟，将LoongArch免费开放，包括部分处理器IP核（对标Cortex-A53及以下性能）源代码免费开放，简化LoongArch，形成百条指令的小系统在高校推广，取代RISC-V；

第三方面，则是进行LoongArch生态支持，包括OS内核、主板技术等基础核心技术上提供广泛支持，支持合作厂商的产品在龙芯平台上适配，形成面向各个应用领域的解决方案。支持中小企业孵化和产业投资项目等。

龙芯中科副总裁张戈进一步表示，龙芯不仅是要将LoongArch指令集免费开放，也将对部分处理器的IP核实现代码也全部开放，以最大的开放程度来打造LoongArch生态联盟。

此外，龙芯引导建立的适配中心提供龙芯电脑整机和操作系统、办公外设环境，以及各种基础软件环境。原来X86上的各类应用软件在龙芯平台上可以灵活完成适配、迁移、优化。

龙芯从去年开始牵头成立了龙芯生态适配服务产业联盟，目前已经有70余家适配中心和相关机构加入，形成了遍布全国的适配服务联动体系。

龙芯中科董事长胡伟武表示，一个优秀的生态有三个主要特点：

一是开放，越开放合作伙伴越多。

二是兼容，把合作伙伴的工作形成合力。

三是优化，通过系统优化而不仅仅是CPU升级来提高性能。

龙芯中科将秉承上述开放、兼容、优化的理念与合作伙伴一起共建自主生态。

总结来说，“芯片IP、软件生态、芯片生产”是中国芯片产业的三大痛点，也是中国科技产业打通内循环的三大堵点，不可绕路而行，要迎难而上。

科技自立自强是国家十四五规划的重要战略，通过龙芯中科可以看到，我国CPU产业的独立、自主是完全可以做到的，也希望看到越来越多的拥有真正自主技术的企业脱颖而出，发展壮大。