国产CPU起飞！龙芯正式发布LoongArch指令集在MIPS/ARM/x86兼容性能怎样
时间：2021-04-16 11:16:20
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大家都知道国内是没有真正自研的指令集，随着芯片技术发展，龙芯架构的问世，这是国产系统和国产芯片的历史性时刻，真正的国产CPU终于迈出了第一步，这也意味着国产CPU将进入完全自主的时代，现在龙芯LoongArch终于成为了国内第一套完全自研的指令集了，也是中国集成电路产业而言是一个历史性突破。
龙芯中科发布了LoongArch指令集，有2500多条指令，未来还会免费共享相关内容，建立开放指令联盟。
在龙芯指令集之前，全球已经有x86、ARM、MIPS、RISC-V、Alpha、Power等多种指令集系统，龙芯之前的处理器甚至都是基于MIPS授权的，新出的LoongArch指令集还要解决兼容问题。
在这一点上，龙芯方面提到，LoongArch在设计时充分了考虑兼容生态需求，融合了各国际主流指令系统的主要功能特性，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平台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。
那翻译的效率如何?昨天的新闻中没有给出详细结果，其实早前龙芯中科的董事长、创始人胡伟武博士就介绍过了，指出LoongArch对MIPS指令的翻译效率是100%性能，对ARM指令翻译的效率是90%性能，对x86的翻译效率是80%性能。
不过80%的x86效率是在Linux下实现的，LoongArch还支持Windows下翻译x86，只是效率会降低到70%。
龙芯LoongArch目前还在发展中，这个翻译效率未来还会提升的空间。
这几年，国产半导体不断取得新突破，尤其是最核心的CPU处理器，已经有了多家方案并行，应用场景也越来越广。
但是除了制造工艺和代工问题，国产CPU最欠缺的就是最基础的指令集，它是CPU执行软件指令的二进制编码格式规范，一套指令系统就承载了一个操作系统、应用软件生态。
此前的国产CPU指令集，无论x86、ARM、MIPS、RISC-V、Alpha、Power，无论封闭、授权还是开源，根基其实都掌握在别人手里，一旦出现意外根本不堪一击。
现在，作为国产CPU的标杆企业，龙芯中科正式发布了自主指令系统架构“Loongson Architecture”，简称为“龙芯架构”或者“LoongArch”，已经通过了国内第三方知名知识产权评估机构的评估。
LoongArch包括基础架构部分，以及向量扩展LSX、高级向量扩展LASX、虚拟化LVZ、二进制翻译LBT等扩展部分，总共接近2000条指令，同时不包含龙芯此前使用的MIPS指令系统。
龙芯中科从2020年起新研的CPU，均支持LoongArch。
LoongArch具有完全自主、技术先进、兼容生态三个方面的特点。
首先，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，都在架构上进行了自主重新设计，具有充分的自主性。
其次，LoongArch摒弃了传统指令系统中，部分不适应当前软硬件技术发展趋势的陈旧内容，同时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。相比于原有的兼容指令系统，不仅在硬件方面更易于高性能低功耗设计，在软件方面也更易于编译优化和操作系统、虚拟机的开发。
再次，LoongArch在设计时充分了考虑兼容生态需求，融合了各国际主流指令系统的主要功能特性，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平台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。
目前，支持LoongArch的龙芯3A5000处理器芯片已经流片成功，完整操作系统也已稳定运行，同时，从其它主流指令系统到龙新架构的二进制翻译系统，也已成功演示运行基于其它主流指令系统的复杂应用程序。
2020年第二季度开始，龙芯中科委托国内第三方知名知识产权评估机构，对LoongArch进行深入细致的知识产权评估。
双方投入上百人月，将LoongArch与Alpha、ARM、MIPS、Power、RISC-V、X86等国际主要指令系统的有关资料和几万件专利进行了深入对比分析。
2021年1月，评估机构认为：
1、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。
2、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。
3、未发现LoongArch基础架构对上述国际主要指令系统中国专利的侵权风险。
目前，龙芯中科已经在一定范围内发布LoongArch的基础架构指令系统手册，后续会在更大范围内发布更完整的版本，并将联合产业链伙伴，在适当的时间建立开放指令系统联盟，免费共享LoongArch、有关龙芯IP核。
责编：editorAlice
