15年了，龙芯拿什么与国外芯片巨头对抗？

　6、龙芯的指令集

　　龙芯走兼容MIPS指令集发展路线，在2008年金融危机后，以比较低的价格购买了MIPS指令的永久授权，在十几年的发展中对指令集进行了相当大的扩展，逐渐发展出了自己的指令集loongISA。

　　loongISA指令集共1907条指令。源自mips：

　　216条mips基础指令，获得永久授权。

　　311条DSP指令，获得永久授权。

　　自主指令：

　　mips基础指令扩展——148条loongEXT，

　　虚拟机扩展——5条loongVM指令，

　　二进制翻译扩展——213条loongBT，

　　向量指令扩展——1014条loongSIMD

　　龙芯在MIPS的指令系统的创新方面已经远远超过了MIPS公司，之所以购买Mips指令永久授权主要是减少市场化过程中的麻烦。举例来说，Transmeta公司曾经市场前景良好，但Intel起诉它，打了两年官司。虽然最终Intel输了，但两年过程中没有人敢跟Transmeta做生意， Transmeta被官司拖垮了。

　　MIPS公司破产后，所拥有的技术专利分的比较散。虽然MIPS被英国Imagination公司收购，但Imagination的主营业务是GPU，在CPU设计方面技术底蕴不足，它既没有能力，也没有意志扛起MIPS阵营的大旗，指令集扩展和微结构研发都不如龙芯。

　　而龙芯只要保持现有的发展势头，使应用软件跟着龙芯走，构建并壮大自己的产业联盟，那么龙芯对Mips的扩展就是行之有效的，而且有机会夺取Mips阵营的主导权。

　　7、编译器

　　程序员在编程的时候写的是编程语言，但是计算机运行的时候是机器语言，编译器就是将程序员的编程语言翻译成机器语言的工具，而编译器的好坏也非常影响一款计算机的整机性能，比如SUN就曾经依靠对编译器的优化使CPU的spec跑分提升了50%，大幅提升了整机性能和用户体验。

　　国际上使用最为广泛的编译器是GCC，该编译器对X86、ARM、MIPS、Alpha等指令集的CPU优化各不相同，对市场占有率高的X86和ARM优化得较好，版本也比较新(GCC部分代码就是Intel提供的)，但对龙芯、申威的优化比较差，版本也比较老旧。

　　因此，龙芯自主研发了LCC以提高编译器的效率，虽然LCC诞生的时间还很短，对自家CPU的优化能力无法与Intel公司的ICC编译器相比较，以GS464E的spec2000跑分为例，使用LCC比使用GCC4.8整数提升7%，浮点提升36.8%。毕竟万丈高楼平地起，期待龙芯能不断提升LCC编译效率。

　　8、微结构和主频

　　CPU性能(单核)=主频*IPC(这个公式必须是同指令集才能成立，不同指令集不可比较)。主频就是CPU工作的时钟频率，同一款CPU在一个时钟周期内完成的指令数量是固定的，因此主频越高，完成一个时钟周期所消耗的时间越短，CPU的运行速度就越快。

　　IPC是单位时间内调用的指令集数量，微结构设计得越好，单位时间内能调用的指令集数量越多，CPU的性能就越好。微结构好坏取决于前端设计水平，主频的高低一方面受微结构流水线级数的影响，但更多的是取决于后端的设计水平。再往细的方面说，前端设计主要指芯片的执行结构、数字逻辑层设计、执行状态仿真等方面，后端设计主要指物理层电路的具体优化，包括单元布局、时序优化等方面。

　　微结构研发不仅技术门槛高，而且费时费钱，一个微结构从研发到产品一般需要3年，而所需资金更是难以计数。龙芯自2001年以来，共研发GS132、GS232、GS264、GS464、GS464V、GS464E共6个微结构，以龙芯及其有限的人力和财力，实现了以平均2.33年更新一个微结构的发展速度，相较于国家非常有限的扶持，龙芯拿出了远远超过投入的产出。

　　龙芯在2015年8月发布的GS464E微结构测试参数非常亮眼。根据中电集团的测试报告，GS464E的SPEC2000使用GCC4.8编译器跑分为：整数768/G、浮点1153/G，使用LCC编译器跑分为：整数828/G、浮点1578/G，微结构的效率在整数性能方面基本追平了AMD目前最好的微结构，在浮点性能方面接近Intel在2013年发布的Ivy，分支预测和访存带宽更是能直接与Ivy比肩(Intel公司2013年的Ivy和2015年的Skylake差距很小)。

　　现在，龙芯和国外巨头在微结构方面的差距已经比较小了，差距主要在主频方面和制程工艺方面。在主频方面，2015年发布的龙芯3A2000的主频只有1G，而代码已冻结，即将流片的龙芯3A3000的也只有1.6-1.8G的主频。相比之下，Intel的CPU主频大多在3G以上，部分CPU主频接近4G;在制程工艺方面，受限于中芯国际的代工水平，龙芯能使用的最好的制程为28nm，而市面上出售的Intel芯片制程大多为22nm，Intel最新的产品普遍采用14nm制程工艺。

　　9、龙芯产品

　　目前，龙芯有龙芯1、龙芯2、龙芯3三个系列。武汉数字工程研究院研发了基于龙芯1A的可信移动终端。龙芯1B多用于工业应用，有工业以太网交换机、网络税控机、北斗车载终端和嵌入式数据采集器等产品。龙芯1C是针对民用市场定义的芯片，被用于智能指纹锁、3d打印机、开源主板、考务终端、考勤/门禁等产品。龙芯1D、1E、1F是直接根据特地客户提出的需求定制的，龙芯1D是超声波热表、水表和气表测量专用芯片;龙芯1E和1F是宇航级芯片，被用于北斗卫星。

　　龙芯2系列芯片的微结构为GS264，龙芯2F被用于上网本和一体机等产品。中国兵器工业集团研发了基于龙芯2F+1A的四余度火控计算机系统。龙芯2H被用于上网本、防火墙、交换机、车载计算机平台等产品。龙芯2K是工控芯片，用于数控机床。龙芯2J是按军方需求定制，该芯片被用户单位总师评价为，“已知范围内性能最高，设计最复杂的军品CPU。”龙芯3A1000微结构为GS464被用于笔记本。

　　龙芯3B1000和3B1500微结构是GS464V，3B1000被用于高性能计算机KD-90和超算曙光6000，KD-90集成了10片3B1000处理器，理论峰值计算能力达到每秒1万亿次。曙光6000超算使用了2500片3B1000，另外曙光还出品了3B1500的服务器和堡垒机。

　　中电十四所用GS464V微结构研发了华睿2号(DSP)，华睿2号能将雷达信号处理算法提炼成FFT、FIR、相关、矩阵求逆等17种基本计算构件，较好地解决了雷达系统大带宽、高吞吐的应用需求。龙芯3A2000和龙芯3B2000的微结构是GS464E，龙芯3A2000有台式机和笔记本产品，龙芯3B2000将被用于服务器。

　　10、BIOS、操作系统和软件生态

　　在BIOS方面，龙芯联合中电科技集团开发的全中文龙芯安全bios----昆仑固件。昆仑固件支持龙芯、飞腾、申威等国产芯片。在操作系统方面，龙芯在2015年8月发布基于linux的社区版操作系统loongnix。此外，龙芯还支持国产中标麒麟操作系统以及Reworks嵌入式操作系统。在软件方面，龙芯支持金山WPS文字处理，JAVA和Flash，火狐浏览器和Chrome浏览器，达梦、金仓、神州通用数据库，东方通、金蝶、中创中间件，中软政务处理系统等，主要针对有信息安全要求的党、政、军、国企、事业单位办公电脑和服务器市场。在软件中有很多核心代码，针对X86和ARM的芯片都是用汇编优化过的，而针对其它结构是用C语言写的普通功能性代码，有着很大的优化提升空间。

　　例如某单位的指挥系统刚移植到龙芯CPU时，开机就需要50分钟，但经过两个月的磨合优化，开机时间降低到了30秒。又如有一个数据库，刚开始启动需要10分钟，后来降到10秒。因此，龙芯目前软件生态的重点是对编译器、C库、JAVA、数据库、中间件进行优化，以及对一些专业应用，比如军用的GIS应用加速、网络安全的协议栈等。

　　对于普通消费者常用的软件，因龙芯电脑的市场占有率过于渺小，加上龙芯人力、物力、财力都非常有限，在这方面实在是心有余而力不足，这也是民用PC市场基本看不到龙芯电脑的主要原因。

　　11、龙芯产业联盟构建

　　龙芯想要市场化运营就离不开一个强大的产业联盟的支持。目前，龙芯的合作伙伴主要有中国电子科技集团、中航工业集团、中国核工业集团、中船重工、中国船舶工业集团、中国航天科技集团、中国核建、中国工业兵器集团、曙光、浪潮、中科梦兰、锐捷网络、东软集团、神州数码、研华科技、中兴、西安华芯、清华同方、众达精电等。到2014年底，龙芯下游已有两三百家合作伙伴企业，下游里仅仅是围绕龙芯做研发的技术人员已有上万人。