浅谈LoongArch和RISC-V

原创 铁君 2023-11-10 08:13

有读者留言希望比较LoongArchRISC-V,铁流简单分析一下。

loongArch是一套全新指令集

在龙芯推出loongArch后,一些人总是把loongArchMIPS混淆,认为龙芯盗版或魔改MIPS,搞了个loongArch

事实上,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。工信部下属单位评估认为: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。

具体来说,LoongArch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。在Coremark的测试中,程序运行过程中执行的指令总数LoongArchMIPS83%,相当于运行效率提高了20%LoongArch指令集计算CRC32的速度则是MIPS4倍。

事实上,开发一套指令集并不难,难得是开发一套高效率的指令系统并将其实现,也就是基于该指令集开发CPU,以及基于该指令集开发一整套软件生态。

指令集不是越少越好

最初,CPU的指令系统相对简单,随着面对的应用越来越复杂,CPU的指令系统也随之越来越庞大。半个世纪前,美国学术界提出了一种新的思路,把各种指令功能尽可能的拆解为最小单元,把相同的单元合并为一条指令,所有的复杂功能都可以使用这些简单指令组合实现,分解指令执行的每一个步骤,尽量使每一条指令都只消耗一个时钟周期,实现指令流水线设计,而这是传统指令系统所做不到的。

RISC指令集也就应运而生,斯坦福大学的几名老师带着研究生成立了MIPS项目组,开发的MIPS CPU所用的晶体管只有CISC处理器的几分之一,但性能却更强,在1983年的ISSCC大会上大放异彩。随后,AlphaPowerPA-RISCSPARC等诸多RISC指令集百花齐放。Intel虽然坚持CISC指令系统,但也引入了RISC的思路,CPU后端使用类RISC流水线的设计,在CISC指令集解码的阶段转换为RISC类的指令,使自己的CISC处理器在性能上不被RISC处理器超越。

也许是这段历史太过刻骨铭心,使很多人先天就认为指令集越少越好,RISC优于CISC,本能认为loongArch指令数达到2000条,而RISC-V不破白条,因而RISC-V更好。

事实上,随着时代发展,RISC指令集的指令数量越来越多,同时,CISC也借鉴了RISC的优点,两者已经殊途同归了。

RISC-V的思路和半个世纪前开发MIPS时的思路是类似的,指令集尽可能精简,因为指令数量少,CPU微结构中使用的晶体管就少,设计难度、研发成本、生产成本、产品功耗等都可以压制到极低的水平。

不过,现阶段的RISC-V有些过度“精简”了,只有四十多条基础指令,加速扩展指令,指令数量依然没有破百,能够实现的功能相对有限,虽然在嵌入式CPU上,这些指令已经足够,但在桌面和服务器等高性能领域,这点指令是不够用的。

因为桌面和服务器应对的场景更加复杂,就必然需要相应的指令去满足这些应用场景,在嵌入式这种用途单一且性能要求一般的场景,几十条指令够用,这是RISC-V所擅长的。但在桌面和服务器上,RISC-V指令集过于精简反而是其劣势。

举例来说,SG2042搭载64核玄铁C910,主频2.0GHz,每16核为一个numa节点,共4个内存通道。SPEC CPU2006 单核测试,使用社区版GCC10int_base测试最好成绩为8.97。使用厂家推荐参数调优,int_base测试得分10.6。作为对比,龙芯3A6000 int_base 43+,差距是非常明显的。

事实上,龙芯也有类似RISC-V的指令系统,那就是LoongArch精简版,共有50条指令,基于LoongArch精简版开发的CPU已经向高校开源用于教育。如果RISC-V要开发高性能CPU,必然要对指令集进行扩展,其实,X86ARM这些成熟指令系统都是上千条指令。

LoongArch精简版是对LoongArch的剪裁,而RISC-V还需要继续添加各种扩展指令,才能成为成熟的指令集,目前的RISC-V还不适合用到复杂多变的桌面和服务器环境中。


铁君 集成电路 人工智能
评论
  • 晶台光耦KL817和KL3053在小家电产品(如微波炉等)辅助电源中的广泛应用。具备小功率、高性能、高度集成以及低待机功耗的特点,同时支持宽输入电压范围。▲光耦在实物应用中的产品图其一次侧集成了交流电压过零检测与信号输出功能,该功能产生的过零信号可用于精确控制继电器、可控硅等器件的过零开关动作,从而有效减小开关应力,显著提升器件的使用寿命。通过高度的集成化和先进的控制技术,该电源大幅减少了所需的外围器件数量,不仅降低了系统成本和体积,还进一步增强了整体的可靠性。▲电路示意图该电路的过零检测信号由
    晶台光耦 2025-01-16 10:12 51浏览
  • 数字隔离芯片是现代电气工程师在进行电路设计时所必须考虑的一种电子元件,主要用于保护低压控制电路中敏感电子设备的稳定运行与操作人员的人身安全。其不仅能隔离两个或多个高低压回路之间的电气联系,还能防止漏电流、共模噪声与浪涌等干扰信号的传播,有效增强电路间信号传输的抗干扰能力,同时提升电子系统的电磁兼容性与通信稳定性。容耦隔离芯片的典型应用原理图值得一提的是,在电子电路中引入隔离措施会带来传输延迟、功耗增加、成本增加与尺寸增加等问题,而数字隔离芯片的目标就是尽可能消除这些不利影响,同时满足安全法规的要
    华普微HOPERF 2025-01-15 09:48 128浏览
  • 近期,智能家居领域Matter标准的制定者,全球最具影响力的科技联盟之一,连接标准联盟(Connectivity Standards Alliance,简称CSA)“利好”频出,不仅为智能家居领域的设备制造商们提供了更为快速便捷的Matter认证流程,而且苹果、三星与谷歌等智能家居平台厂商都表示会接纳CSA的Matter认证体系,并计划将其整合至各自的“Works with”项目中。那么,在本轮“利好”背景下,智能家居的设备制造商们该如何捉住机会,“掘金”万亿市场呢?重认证快通道计划,为家居设备
    华普微HOPERF 2025-01-16 10:22 80浏览
  • 全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗(SIX:AMS)近日宣布,与汽车技术领先者法雷奥合作,采用创新的开放系统协议(OSP)技术,旨在改变汽车内饰照明方式,革新汽车行业座舱照明理念。结合艾迈斯欧司朗开创性的OSIRE® E3731i智能LED和法雷奥的动态环境照明系统,两家公司将为车辆内饰设计和功能设立一套全新标准。汽车内饰照明的作用日益凸显,座舱设计的主流趋势应满足终端用户的需求:即易于使用、个性化,并能提供符合用户生活方式的清晰信息。因此,动态环境照明带来了众多新机遇。智能LED的应用已
    艾迈斯欧司朗 2025-01-15 19:00 49浏览
  • 故障现象 一辆2007款法拉利599 GTB车,搭载6.0 L V12自然吸气发动机(图1),累计行驶里程约为6万km。该车因发动机故障灯异常点亮进厂检修。 图1 发动机的布置 故障诊断接车后试车,发动机怠速轻微抖动,发动机故障灯长亮。用故障检测仪检测,发现发动机控制单元(NCM)中存储有故障代码“P0300 多缸失火”“P0309 气缸9失火”“P0307 气缸7失火”,初步判断发动机存在失火故障。考虑到该车使用年数较长,决定先使用虹科Pico汽车示波器进行相对压缩测试,以
    虹科Pico汽车示波器 2025-01-15 17:30 44浏览
  • 随着智慧科技的快速发展,智能显示器的生态圈应用变得越来越丰富多元,智能显示器不仅仅是传统的显示设备,透过结合人工智能(AI)和语音助理,它还可以成为家庭、办公室和商业环境中的核心互动接口。提供多元且个性化的服务,如智能家居控制、影音串流拨放、实时信息显示等,极大提升了使用体验。此外,智能家居系统的整合能力也不容小觑,透过智能装置之间的无缝连接,形成了强大的多元应用生态圈。企业也利用智能显示器进行会议展示和多方远程合作,大大提高效率和互动性。Smart Display Ecosystem示意图,作
    百佳泰测试实验室 2025-01-16 15:37 56浏览
  • 电竞鼠标应用环境与客户需求电竞行业近年来发展迅速,「鼠标延迟」已成为决定游戏体验与比赛结果的关键因素。从技术角度来看,传统鼠标的延迟大约为20毫秒,入门级电竞鼠标通常为5毫秒,而高阶电竞鼠标的延迟可降低至仅2毫秒。这些差异看似微小,但在竞技激烈的游戏中,尤其在对反应和速度要求极高的场景中,每一毫秒的优化都可能带来致胜的优势。电竞比赛的普及促使玩家更加渴望降低鼠标延迟以提升竞技表现。他们希望通过精确的测试,了解不同操作系统与设定对延迟的具体影响,并寻求最佳配置方案来获得竞技优势。这样的需求推动市场
    百佳泰测试实验室 2025-01-16 15:45 79浏览
  • 百佳泰特为您整理2025年1月各大Logo的最新规格信息,本月有更新信息的logo有HDMI、Wi-Fi、Bluetooth、DisplayHDR、ClearMR、Intel EVO。HDMI®▶ 2025年1月6日,HDMI Forum, Inc. 宣布即将发布HDMI规范2.2版本。新规范将支持更高的分辨率和刷新率,并提供更多高质量选项。更快的96Gbps 带宽可满足数据密集型沉浸式和虚拟应用对传输的要求,如 AR/VR/MR、空间现实和光场显示,以及各种商业应用,如大型数字标牌、医疗成像和
    百佳泰测试实验室 2025-01-16 15:41 65浏览
  • 食物浪费已成为全球亟待解决的严峻挑战,并对环境和经济造成了重大影响。最新统计数据显示,全球高达三分之一的粮食在生产过程中损失或被无谓浪费,这不仅导致了资源消耗,还加剧了温室气体排放,并带来了巨大经济损失。全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗(SIX:AMS)近日宣布,艾迈斯欧司朗基于AS7341多光谱传感器开发的创新应用来解决食物浪费这一全球性难题。其多光谱传感解决方案为农业与食品行业带来深远变革,该技术通过精确判定最佳收获时机,提升质量控制水平,并在整个供应链中有效减少浪费。 在2024
    艾迈斯欧司朗 2025-01-14 18:45 97浏览
  • 一个易用且轻量化的UI可以大大提高用户的使用效率和满意度——通过快速启动、直观操作和及时反馈,帮助用户快速上手并高效完成任务;轻量化设计则可以减少资源占用,提升启动和运行速度,增强产品竞争力。LVGL(Light and Versatile Graphics Library)是一个免费开源的图形库,专为嵌入式系统设计。它以轻量级、高效和易于使用而著称,支持多种屏幕分辨率和硬件配置,并提供了丰富的GUI组件,能够帮助开发者轻松构建出美观且功能强大的用户界面。近期,飞凌嵌入式为基于NXP i.MX9
    飞凌嵌入式 2025-01-16 13:15 70浏览
  • 实用性高值得收藏!! (时源芯微)时源专注于EMC整改与服务,配备完整器件 TVS全称Transient Voltage Suppre,亦称TVS管、瞬态抑制二极管等,有单向和双向之分。单向TVS 一般应用于直流供电电路,双向TVS 应用于电压交变的电路。在直流电路的应用中,TVS被并联接入电路中。在电路处于正常运行状态时,TVS会保持截止状态,从而不对电路的正常工作产生任何影响。然而,一旦电路中出现异常的过电压,并且这个电压达到TVS的击穿阈值时,TVS的状态就会
    时源芯微 2025-01-16 14:23 85浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦