龙芯CPU走出特色之路:成熟工艺对标7纳米、三步走建设生态

原创 硬件世界 2024-10-19 22:55

基于20多年的科研历程,以及当前的国际国内形势,龙芯中科始终坚持自主研发,坚持信息化、工业化两大方向,坚持走向市场化、自我造血。

尤其是在2020年,龙芯推出了完全自主的指令系统“龙架构”(LoongArch),不存在任何对外依赖,真正破解了卡脖子问题,真正掌握了根技术

目前,龙芯已经初步构建了独立于Wintel、AA的第三套自主信息体系,发展出了谱系最全、应用最广的系列产品。

尤其是指令系统、CPU内核都不依赖境外技术授权,因此未来发展不会受到任何地域和领域的制约。

在近日召开的2024龙芯工业生态大会上,龙芯中科董事长胡伟武发表主题演讲,重点介绍了龙芯高性能通用CPU、嵌入式SoC、MCU微控制器三大产品线以及软件生态的建设进展。

胡伟武表示,经过20多年的发展,龙芯已经完成性能“补课”,探索出一条通过设计优化、工艺升级“Tick-Tock”迭代升级的演进路径。

目前,最新的龙芯3A6000桌面CPU已经达到了14纳米工艺x86处理器的性能,仅仅2.5GHz的频率就可以媲美3.6GHz高频率的酷睿i3-10100。

龙芯3A6000的诞生,标志着龙芯中科已经完全走出了一条基于成熟工艺、通过设计优化提升性能的独特道路。

即将推出的龙芯3C6000服务器CPU,预计可以达到10纳米工艺x86处理器的性能。

即将推出的龙芯3B6600M桌面CPU,更是有望达到7纳米工艺下x86处理器性能,也就是对标12-13代酷睿中高端型号,从而超过市面上50%以上的桌面CPU。

届时,龙芯将会掌握睿频技术,频率争取达到3GHz,并增加x86二进制翻译指令,流畅运行Windows系统与应用,进步拓宽CPU开放市场。

龙芯还在开发GPGPU显卡芯片龙芯9A1000,预计2025年上半年完成样片,性能可对标AMD RX 550。

它支持终端AI计算,支持OpenGL 4.0、PCIe 4.0、HDMI 2.1、DP 2.1、128位LPDDR4X显存等,还具有低成本的优势。

在嵌入式SoC片上系统、MCU微控制器方面,龙芯已经演进了四代产品,产品性能、性价比都达到乃至超过了市场主流产品。

比如2023年推出的龙芯2K1500,主打低功耗,配备自主龙架构内核,主频1GHz,性能对比龙芯2K1000提升超过20%,而且功耗减半低于2.8W。

龙芯2K2000则是高性能型号,两个1.5GHz主频的龙架构内核,性能提升3-5倍,同频性能也可提升3倍,而且功耗维持不变,性能模式下约为9W,平衡性能模式下约为4W,还集成了LG120 GPU图形核心。

龙芯2K0300的功耗更是不超过1W,对比龙芯1A/1B/C系列性能提升了5倍以上。

还有龙芯史上最强的龙芯2K3000,已经交付流片,拥有八核心、2.0+GHz主频,集成第二代自主GPGPU,功耗不超过15W,而且会拥有“极致性价比”。

龙芯自主的LoongArch龙架构已经推出四年,完成了知识产权评估,经历了自主性诉讼的考验,可以说已经真正站稳了脚跟。

目前,龙架构已经得到系统内核、BIOS两大基础平台的支持,六大编译系统也正在快速陆续支持,包括GCC、LLVM、GOLANG、Java、JavaScript、.NET。

软件生态建设方面,龙芯分为三步走,目前已经基本完成打基础的第一阶段,建成与x86/ARM并列的Linux基础软件体系,涵盖国产操作系统、开源软件、基础应用软件的广泛支持,具备了广泛的实用性。

像是我们非常熟悉、日常工作离不开的WPS、微信、QQ、钉钉、腾讯会议、美图秀秀、搜狗输入法等等,都已经得到支持。

第二阶段将实现广泛兼容,通过高效率的二进制翻译,可以直接运行x86、ARM应用,目前已经搞定了x86/Linux应用,正在攻关x86/Windows系统及应用,后续还会做ARM/Android系统及应用。

第三阶段则是打造自主应用,正在同步推进中,未来的PC应用不但有微软版,也会有龙芯版。

随着CPU性能不断提升、龙架构软件生态持续完善,龙芯打造的第三套自主信息技术体系,正在逐步形成、稳固,未来不可限量。

本届生态大会吸引了来自能源、交通、石油石化、装备制造、矿业、水利等工业领域的行业用户,以及多家统软硬件供应商、高校、科研院所、学协会组织的总计近400人参会。

当前,我国正在积极建设新型工业系统,推动工业数智化转型,其中的关键就是“自主化”,包括CPU处理器、OS操作系统、工业设备、工业软件的全套国产化,这也是支撑新型工业化高质量发展的重要基础。

大会上,龙芯副总裁杜安利表示,基于自主指令集和CPU、国产操作系统和国产软件形成的龙芯自主工业产品及解决方案,全面涵盖工业计算机/服务器、工业控制与网络通信、工业安全等各类产品,已经在能源、交通、水利、石油石化、智能制造等多个重点行业、关键应用场景有效落地。

基于龙芯CPU的RTU数采设备、工业网关、边缘网关、PLC、DCS主控、上位机、服务器等产品,已应用于工控、能源、轨道交通、石油石化等领域。

在火电、水电、风电等发电系统中,龙芯CPU已经开始应用,在输变电、配电领域更是实现了批量应用。

比如风机主控系统控制器,基于龙芯2K1000LA,并兼容龙芯2K1500,搭配loongOS+RT实时补丁的操作,而风机边控系统控制器采用龙芯2K0500龙芯派、loongnix、RT、IEC61499的软硬件组合,构成风电智能AI算法一体化解决方案。

在高铁、地铁、公路、水路交通等领域,龙芯CPU已经开展了自主化研发、试点工作,在多场景中开始应用,包括高铁车载设备、地铁ATO自动驾驶系统、公路交通ETC系统,等等。

现场,中嵌自动化、道莅致远、福建贞仕、盛博科技、吉斯凯达、华龙讯达等37家龙芯生态伙伴,共同通发布了数十款龙架构的工业计算机、服务器、工业控制器产品及方案。

华夏天信、中电启明星、诚迈科技则发布了基于“龙架构+开源鸿蒙”的自主工业控制解决方案。

其中,华夏天信煤矿控制解决方案基于龙芯2K1500 CPU,搭载基于开源鸿蒙的矿鸿操作系统(MineHarmony)集成井下专用先进控制算法,能适应复杂的煤矿井下作业环境,为煤矿生产提供可靠保障。

中电启明星电力智慧能源终端系统基于龙芯2K1500CPU,融合基于开源鸿蒙自研的星鸿EOS操作系统,为能源监测、电力保供等服务提供数据采集、精确控制和数据挖掘应用等保障。

诚迈科技的开源鸿蒙方案基于龙芯2K1500,具备强大的计算和通信能力,可支持多种应用场景的开发、测试。

大会期间,龙芯的众多生态合作伙伴集中展示了基于龙芯处理器的工控特色产品、方案。

华龙讯达现场展示了基于龙芯处理器的大中小型国产PLC,以及基于开放鸿蒙研发的华龙工业操作系统HualongOS。

华龙迅达成立于2003年,总部位于深圳,旗下有两大产品线。

硬件方面主要是PLC工业控制器、工控机、一体机、HMI(人机交互)等。

软件方面主要是基于开放鸿蒙的HualongOS,以及在此之上的众多行业应用软件,包括JIC HMI木星人机交互系统、JIC DAS木星数据采集系统、JIC IAP PLC编程软件、JIC LCP木星低代码平台、JIC SCADA木星数据采集及监控系统,等等。

大型PLC JIC 8010以及配套的JIC JX20 IO系统,面向高端大型设备控制系统,实现了100%的国产化设计和制造。

它采用高性能的龙芯3A5000处理器,搭配全国产电子元件、国产实时操作系统LoongOS,以及华龙迅达自主开发的JIC RTE运行时、JIC IAP编程开发环境,可带动512个伺服轴、65536个数据点,行业领先。

中小型PLC 2010同样是100%国产化设计和制造,采用龙芯2K1500处理器,可带动32个伺服轴、4000个IO。

此外,还有基于龙芯2K1000的小型PLC 1010,基于龙芯3A6000的超大型PLC 9010,同样也是全国产化。

现场演示PLC同时控制多个机械臂。

华龙迅达的新一代具身智能v2.0版机械臂,包含本体、电机、驱动器、HualongOS示教器、小型PLC组成全套方案,具备智能开放的特点,价格只需3.5万元左右,相比传统封闭1.0版本的5.6万元左右,可为客户节约近40%的成本。

工业系统及软件展示。

德国工业软件头部企业CODESYS展示了基于龙芯处理器的CODESYS运动控制解决方案。

在掌握工业软件源代码基础上,CODESYS适配了龙芯2号系列处理器,开发了自主可控PLC、运动控制器、冗余控制器等。

吉斯凯达展示了全国产化自主可控的工业控制器CS5202LS-GIC,基于2K1000LA处理器开发,已在重大水利专项的工艺安全系统、水位监测系统中得到有效应用。

中国铁道科学研究院通信信号研究所展示了基于龙芯2K1500的铁路信号地面安全计算机平台。

该平台实现了底层软硬件技术的完全自主可控,并在地方铁路开展了工程示范应用,在中国高铁深度自主化道路上迈出了重要一步。

另外,现场还设置了龙芯产教融合案例展示区,可以看到龙芯参与的国家自主可控集成电路生态行业产教融合共同体一年来的建设成果。

特别值得一提的是,龙芯现场特别展示了在打印机方面取得的突破。

主控芯片是打印机处理信息的核心器件,龙芯与国内主流打印机整机厂商合作,共同推动打印机自研,推出了多款激光(龙芯2K0500/2P0500/2P0300/2P0600)、喷墨、热敏系列化打印机专用芯片,打印功能由单功能到一体机全覆盖。

国内主要打印机厂商,包括长城、汉光、汉图、华高、得力、辰光融信等,都基于龙芯2P0500开展了广泛的应用开发,完成产品化。

机型包括A4单色打印机、A4平板式一体机,打印速率涵盖20ppm、30ppm、40ppm等不同级别。

同时,已完成中标麒麟、银河麒麟、统信、深度、普华、Windows XP/7/10/11等各操作系统的适配。


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