拋棄MIPS！龍芯自主指令系統架構正式釋出：龍芯3A5000首發搭載

眾所周知，在PC及伺服器CPU市場，一直都是X86架構的天下，市場也主要是被英特爾和AMD所佔據。近年來，在國家的重視和支援之下，國產CPU也迎來了快速的發展。華為、飛騰、海光、兆芯、龍芯和申威則是目前國內為數不多的國產CPU廠商。

但是，不論是出於自主可控、商業化還是生態建設方面的考慮，華為、飛騰、海光、兆芯、龍芯和申威一開始都是選擇的是利用原有的各種成熟的CPU指令集架構。

比如，華為、飛騰的CPU主要是基於Arm公司的ARMv8指令集架構授權，海光則是以合資公司的形式從AMD獲得了X86指令集授權，兆芯也同樣是以合資公司的形式從威盛獲得了X86指令集授權，龍芯最初是基於MIPS指令，申威則是基於ALPHA指令集。選擇已有的開源的或者可開放授權的CPU指令集架構，則意味著無需從頭做起，在可以滿足一定的國產自主可控要求的基礎上，可以利用已有的軟硬體生態，快速得以發展。

不過，近年來由於美國方面對於國產晶片產業的持續打壓，華為、飛騰、海光、申威等國產CPU廠商均被美國商務部列入了實體清單。此外，龍芯選擇的MIPS指令集也被其擁有者Wave Computing所拋棄（Wave Computing已轉投RISC-V陣營）。雖然這些國產CPU廠商仍可以利用第三方的CPU指令集架構進行發展，但是仍引起了國內不少業內人士對於中國沒有完全自主的CPU指令集的擔憂。

4月15日，龍芯透過官方微信宣佈，龍芯自主指令系統架構（Loongson Architecture，以下簡稱龍芯架構或LoongArch）的基礎架構已通過了國內第三方知名智慧財產權評估機構的評估，並在2021年資訊科技應用創新論壇主論壇上正式對外發布。

據介紹，2020年，龍芯中科基於二十年的CPU研製和生態建設積累推出了龍芯架構（LoongArch），包括基礎架構部分和向量指令、虛擬化、二進位制翻譯等擴充套件部分，近2000條指令。更為關鍵的是，全新的龍芯架構已不再包含MIPS指令系統。

龍芯表示，LoongArch架構具有完全自主、技術先進、相容生態三方面特點。

在具體的架構設計上，LoongArch從整個架構的頂層規劃，到各部分的功能定義，再到細節上每條指令的編碼、名稱、含義，在架構上進行自主重新設計，具有充分的自主性。

在效能方面，得益於摒棄了傳統指令系統中已不合時宜的陳舊內容，以及對於指令系統設計領域的先進技術的發展，與原有相容指令系統相比，LoongArch不僅在硬體方面更易於高效能低功耗設計，而且在軟體方面更易於編譯最佳化和作業系統、虛擬機器的開發。

在相容性方面，LoongArch融合了各國際主流指令系統的主要功能特性，同時依託龍芯團隊在二進位制翻譯方面十餘年的技術積累創新，不僅能夠確保現有龍芯電腦上應用二進位制的無損遷移，而且能夠實現多種國際主流指令系統的高效二進位制翻譯。也就是說，LoongArch可以相容多種國際主流的指令系統。

為了避免外界對於LoongArch與其他國際主流的指令系統是否存在智慧財產權風險的擔憂，龍芯從2020年二季度開始，已經委託國內第三方知名智慧財產權評估機構對龍芯基礎架構進行深入細緻的智慧財產權評估。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有關資料和幾萬件專利進行深入對比分析後得出結論：

1、LoongArch在指令系統設計、指令格式、指令編碼、定址模式等方面進行了自主設計。

2、LoongArch指令系統手冊在章節結構、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存在明顯區別。

3、未發現LoongArch基礎架構對上述國際主要指令系統中國專利的侵權風險。

也就是說，龍芯的LoongArch指令集在實現相容多種國際主流的指令系統的基礎上，擁有完全的自主智慧財產權，做到了完全的自主可控。

龍芯表示，Loongson Architecture對中國積體電路產業而言是一個歷史性突破。

據龍芯透露，龍芯中科從2020年起新研的CPU均支援LoongArch架構。目前，支援龍芯架構的龍芯3A5000處理器晶片已經流片成功，基於新架構的完整作業系統已經在3A5000計算機上穩定執行。從其它主流指令系統到LoongArch的二進位制翻譯系統已經可以在3A5000計算機上演示執行基於其它主流指令系統的複雜應用程式。

另外，龍芯中科已經在一定範圍內釋出LoongArch的基礎架構指令系統手冊。待完成包括境外專利分析在內的進一步智慧財產權評估後，龍芯中科將在更大範圍內釋出更完整的LoongArch指令系統手冊。龍芯中科還將聯合產業鏈夥伴在適當的時間建立開放指令系統聯盟，在聯盟成員內免費共享LoongArch及有關龍芯IP核。

龍芯表示：“指令系統是軟體生態的起點，只有從指令系統的根源上實現自主，才能打破軟體生態發展受制於人的鎖鏈。龍芯自主指令系統的推出，是龍芯中科長期堅持自主研發理念的重要成果體現，是在完成CPU效能補課、全面轉向生態建設歷史關頭的重大技術跨越，標誌著龍芯中科在自主資訊科技體系和產業生態建設方面從跟隨性發展的必然王國走向了自主發展的自由王國。”

編輯：芯智訊-浪客劍 資料來源：龍芯