指令集|龙芯彭飞：LoongArch 的自主与兼容( 二 ) App|弹窗|app|深度观察|清零|ic

目前基于自主 CPU 的发展情况是怎么样？

文章插图

左图是龙芯 3A5000 芯片结构图，这里每一个方块其实都是一个 IP，这些 IP 都是完全自主设计、自主演进，左下角罗列了芯片里面的 IP 核。
右上角反映了近十年自主 CPU 的发展速度，第一代 3A1000 跑分是 2-3 分，经过近十年的快速迭代，现在能达到 30 分（目前国际主流 CPU 跑分在 20-40 分之间）。右下角图片是芯片产业里性能提升的曲线，可以看到，前几年呈现线性快速增长，越往后增长越缓慢，龙芯CPU也即将达到性能增长的顶端。
指令集是信息产业绕不过去的话题，前面提到，我国不可能基于国外的指令系统构建自己的产业生态体系，就像中国人可以用英语阅读和写作，但是用英语构建我们国家的文化体系、构建民族文化是不可能的。
另一方面，应该如何考虑指令集的自主和兼容性？过去十几年，业界一直在争论这个问题，兼容性和自主性孰优孰劣？兼容有兼容的好处，可以直接利用现有生态里的软件产品，有现成的生态，一开始发展速度可能会快一些，但最大的问题是受制于人。
那么，我们能否做到既自主又兼容的指令系统？从龙芯过去二十年的发展来看，这是可以做到的，重点是要打造“3+3+3”的核心能力。一是三大编译器，GCC、LLVM、GOLANG。二是三个虚拟机，Java、JavaScript、.NET。三是三个翻译器，实现对 MIPS、X86、ARM 的二进制翻译，直接运行其应用软件。
目前，龙芯中科推出了自主指令系统 LoongArch ，包括基础架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分，近2000条指令，是充分考虑兼容的指令系统。
LoongArch的特点主要表现在两个维度：一是用户态，二是核心态。LoongArch 是一个精简指令系统，32 位长指令、32 个通用寄存器、32 个浮点寄存器。用户态是给编译器、程序设计者使用。核心态在内存管理、控制寄存器的数量、规格都进行了大量的创新性设计，是符合现代操作系统的设计。
我们对 LoongArch 的性能进行了测试，在相同 IP下，一个用 MIPS 指令集，一个用 LoongArch 指令集，可以看到，动态指令数下降了 15% 到 20%，总体性能提升了 12% 左右。
LoongArch 指令系统能够支持二进制翻译，融合了 X86、ARM、MIPS、RISC-V 指令系统的主要功能特性。
自主指令系统的生态是如何构建的。龙芯中科推出了二进制翻译器，又称 LAT 翻译体系。最底层是 LoongArch 架构的芯片，再往上是操作系统，操作系统往上有几个维度：基于 LoongArch 的原生 Linux 应用，比如说本地化的办公、音视频的应用。
同时，龙芯中科推出了三个翻译器：MIPS 应用往 LoongArch 上翻译，ARM应用往 LoongArch上翻译，X86应用往 LoongArch 上翻译，未来希望能够做到：从MIPS 翻译过来百分之百性能不损失，从ARM 翻译过来90% 性能不损失，从X86 翻译过来做到 80%的性能不损失。
目前，Photoshop、微信、一些游戏都可以在国产平台上很好地运行，生态是有保障的，包括一些主流的 Linux 应用框架都可以原生支持。国产操作系统厂商统信和麒麟也都推出了对应的国产操作系统版本。
关于 LoongArch 平台的 AI 计算，龙芯中科构建了全域异购 AI 硬件支撑体系，龙芯 CPU +GP GPU、龙芯CPU+ASIC、龙芯CPU+FGPA分别应用于通用 AI 计算和专用AI计算。软件方面，龙芯中科构建多层级AI软件生态体系，包括系统支撑、计算框架、算法模型层级，AI 领域有完整的解决方案。
目前围绕龙芯中科的产业合作伙伴已经有上千家，通过一系列的措施，包括标准建设、开源软件建设、解决方案提供、安全体系、产品认证、人才培养、出版书籍等，从多个维度构建 LoongArch 产业生态体系。
同时，LoongArch 正在构建技术产业联盟，在联盟里与产业合作伙伴实现知识产权的共享，一起打造一套生态。希望在2025年消除指令系统之间的壁垒。
谢谢大家。