2023 年 11 月 28 日，龍芯在北京國家會議中心舉辦了 2023 年產(chǎn)品發(fā)布暨用戶大會，大會以“到中流擊水”為主題，現(xiàn)場發(fā)布了新一代通用處理器龍芯 3A6000、打印機主控芯片龍芯 2P0500 重磅成果，并對外公布龍芯處理器核 IP 及龍芯自主指令系統(tǒng)架構授權計劃。

整體來看，這場發(fā)布會的絕對主角，無疑還得是全新的龍芯 3A6000 處理器。龍芯從誕生到今天一直在致力于推進 CPU 半導體的國產(chǎn)化和自主可控，二十多年辛苦不尋常，到這次龍芯 3A6000 的推出，可以說真正達到了一個關鍵的里程碑。

龍芯 3A6000，國產(chǎn)自主 CPU 的一個里程碑

龍芯 3A6000 最重要的創(chuàng)新點就在于它采用的完全自主設計的 LoongArch 龍架構指令集。這是龍芯在 2020 年基于二十年 CPU 研發(fā)和生態(tài)建設積累推出的指令系統(tǒng)，包括基礎架構部分和向量指令、虛擬化、二進制翻譯等擴展部分，有近 2000 條指令，并且是按照先進性、擴展性、要求從頭定義的，不含國外授權。

具體來說，LoongArch 指令系統(tǒng)從整個架構的頂層規(guī)劃到各部分的功能定義再到細節(jié)上每條指令的編碼、名稱、含義，都在架構上進行了自主重新設計，具有充分的自主性。

基于 LoongArch 指令系統(tǒng)，龍芯設計了自主的 CPU 微架構，第一代是 GS464，主要用于 3A1000、3B1500 處理器，第二代為 GS464E，對應的處理器為 3A2000 和 3A3000，第三代則為 GS464V / LA464，用在 3A4000 和 3A5000 處理器上。

而這次龍芯 3A6000 采用的是第四代微架構 LA664，這一代架構設計將發(fā)射寬度從 4 發(fā)射增加到 6 發(fā)射，ROB 項數(shù)提升到了 256，定點和向量物理寄存器都從上一代的 128 增加到了 192，發(fā)射隊列項數(shù)、功能部件數(shù)、load 隊列項數(shù)和 store 隊列項數(shù)也都有明顯增加。

整體來說，龍芯微架構的演進節(jié)奏采用的是 Tock-Tick 的策略，先進行微結(jié)構優(yōu)化，然后在進行工藝升級，相當于英特爾過去 Tick-Tock 策略換了個順序。這種先優(yōu)化軟件再提升工藝的思路，好處就是可以盡可能壓榨出每一代工藝的性能上限，在當前國產(chǎn)半導體制程工藝提升受限的背景下其實也是非常正確的策略。

另外在 LA664 架構上，龍芯也實現(xiàn)了同時多線程技術（SMT），CPU 核心在同一時刻運行多個線程，單位時間內(nèi)可以執(zhí)行多個線程的更多指令，這也讓 3A6000 在相同工藝下性能比上一代產(chǎn)品大幅提高。

總體來說，龍芯 3A6000 是 4 核 8 線程，主頻為 2.3GHz-2.5GHz，峰值運算速度為 240GFlops，每個核心包含 64KB 一級指令緩存和 64KB 一級數(shù)據(jù)緩存，256KB 二級緩存和 16MB 三級緩存，擁有 2 個 72 位 DDR4-3200 內(nèi)存控制器，實測帶寬超過 42GB/s，I / O 方面包含 1 個 HyperTransport 3.0 控制器、1 個 SPI、1 個 UART、2 個 I2C、16 個 GPIO 接口，封裝方面采用 35mm×35mm BGA 封裝，1190 個引腳，典型功耗為 40W@2.5GHz。

根據(jù)工業(yè)和信息化部電子第四研究院給出的測試，龍芯 3A6000 在 SPEC CPU 2006、SPEC CPU 2017、Stream、Unixbench 等多項測試中的表現(xiàn)都非常優(yōu)異，比如在 SPEC CPU 2006 INT 測試中的成績?yōu)?43.1，相比 3A5000 提升了 62%，在 SPEC CPU 2017 INT ratel 中的成績?yōu)?5.05，相比 3A5000 提升了 45%。這樣的性能提升幅度在整個 CPU 領域都是很少見的。

整體而言，根據(jù)龍芯的介紹，龍芯 3A6000 處理器的綜合性能已經(jīng)能趕上英特爾 2020 年推出的第 10 代酷睿 i3-10100 四核處理器的水平。

根據(jù)龍芯中科董事長胡偉武的介紹，龍芯在 2013 年曾做過反思，自主 CPU 與國外先進水平的核心差距到底在哪里？

是通用處理能力不行還是專用處理能力不行？龍芯認為是通用處理能力。

是單核性能不足還是核數(shù)不夠？龍芯認為是單核性能不足，因為一群小學生談不上人多力量大。

是設計能力不行還是工藝不行？龍芯認為重點是設計能力不行。

沿著上述反思的思路，龍芯開啟了通用處理器的“補課”征程，成果自然也是可喜的，要知道，2002 年推出的龍芯 1 號與市場主流產(chǎn)品性能相差有 20 多倍，而到 2021 年推出的龍芯 3A5000，與市場主流產(chǎn)品性能相差已經(jīng)不到 1 倍，再到這次龍芯 3A6000 處理器，和當今主流產(chǎn)品的差距已經(jīng)基本全部補齊。

因此，將龍芯 3A6000 視為國產(chǎn)自主 CPU 的一個里程碑，并不為過。

軟件生態(tài)建設和體驗：讓人充滿期待

前面我們主要說了龍芯 3A6000 的硬件，而圍繞龍芯 3A6000 的基礎軟件生態(tài)體系建設，其實也取得了不俗的成果。

說到軟件體系的建設，重點還是在龍芯自主設計的 LoongArch 龍架構的兼容和適配性上。根據(jù)龍芯的介紹，目前龍架構已經(jīng)得到了國際開源軟件的認可和支持，包括開源軟件基石 Linux 內(nèi)核持續(xù)支持龍芯全系列 CPU 和橋片，開源世界兩大支柱性編譯器 GCC / LLVM 也支持 LoongArch 全量指令集和特性，新興與傳統(tǒng)編程語言 Rust、Golang、 Pascal 等也都能全面支持 LoongArch 等等，總之可以基于 LA 架構的國際開源軟件直接構建出完整的操作系統(tǒng)，這也是一個重要的里程碑。同時部分國外基礎軟件企業(yè)也推出了龍架構版本，如 Codesys。

更重要的是，龍架構也得到了國內(nèi)操作系統(tǒng)和基礎應用的認可和支持，比如 Loongnix、統(tǒng)信、麒麟、歐拉、龍蜥、開源鴻蒙等操作系統(tǒng)都已經(jīng)能夠支持龍架構，還有 WPS、微信、QQ、釘釘、騰訊會議、美圖、搜狗輸入法等基礎應用，也都有對應的版本。LoongArch 已經(jīng)逐漸建成與 X86 以及 ARM 并列的基礎軟件體系。

此外，LoongArch 架構還獲得了國際開源軟件生態(tài)中的身份編號，擁有編號為 258 的專屬指令集架構標識，即 ELF 可執(zhí)行文件的 e_machine 編號，所有軟件中都會嵌入對應的指令架構身份編號。

除了積極推進 LoongArch 架構原生應用生態(tài)的建設，對于目前市面上最主流的 X86 生態(tài)，龍芯也通過主動的兼容策略來讓 X86 應用能夠運行在 LoongArch 架構上，即通過二進制翻譯的方式運行 X86 運用，目前使用這一策略可以運行絕大多數(shù) X86 / Linux 應用，包括辦公、EDA、娛樂軟件等都能獲得流暢的用戶體驗，比如可以在龍芯服務器上運行主流商業(yè) EDA 軟件。

同時對于 X86 / Windows 應用，也仍在持續(xù)改進中，龍芯稱爭取在 1-2 年后在龍芯平臺上運行絕大多數(shù) X86 / Windows 應用，走向商用市場，并且下一代龍芯處理器還會完善對二進制翻譯的支持，如 X87 的 80 位浮點指令，盡管這樣可能會損失一定的應用執(zhí)行性能（官方稱最高大約損失 20%），但還是那句話：能運行總比沒有好。

最后，對于龍芯 3A6000 在終端設備中運行系統(tǒng)和軟件的實際體驗，IT之家也在這次龍芯發(fā)布會的展示區(qū)域進行了體驗。比如小編在一臺搭載龍芯 3A6000 處理器，內(nèi)存為 DDR4 8GB、256GB SSD 的國光龍芯瘦客戶機上做了測試，這臺主機運行的是銀河麒麟操作系統(tǒng)，小編嘗試用系統(tǒng)自帶的瀏覽器打開 20 多個網(wǎng)頁，然后同時運行 QQ、百度網(wǎng)盤、迅雷、系統(tǒng)應用商店等軟件，并在本地播放一段 1080P 分辨率的視頻，在不同的軟件之間切換、使用等都可以很流暢地進行，一點也沒有卡頓的感覺。

另外，小編還在一臺搭載龍芯 3A6000 處理器、運行統(tǒng)信 UOS 系統(tǒng)的臺式終端上進行了體驗，值得一提的事，在統(tǒng)信 UOS 系統(tǒng)的自帶應用商店里，會標明該軟件可以下載 LoongArch 架構原生版或是 Windows 版本，如果是下載 Windows 版本，則會以二進制翻譯的方式運行。

小編在這臺主機上先后運行了大小 10MB 左右的《WPS 文字》文檔和《WPS》 PPT 文檔，整個體驗也非常流暢，翻動頁面、進行一些功能操作等都沒有卡頓感。

小編還分別體驗了原生版本的 QQ 和微信，其中 QQ 的軟件功能比較齊全，聊天、空間、郵箱甚至短視頻等功能都有，但微信的功能目前相對簡單，基本只有聊天功能，體驗上還有待微信方面進一步完善。

還有在游戲方面，IT之家還在現(xiàn)場看到搭載龍芯 3A6000 處理器、AMD 獨顯、運行統(tǒng)信 UOS 系統(tǒng)的攀升主機流暢運行云原神，云原神客戶端是 Windows 版本通過二進制轉(zhuǎn)譯運行，此外還有死亡細胞、魔獸世界懷舊服等游戲，也都可以很流暢的運行。

綜上可見，龍芯 3A6000 在硬件性能和軟件生態(tài)體驗方面確實已經(jīng)達到了一個能夠讓人滿意甚至驚艷的程度，這無疑會讓人們對龍芯乃至國產(chǎn)自主 CPU 的未來發(fā)展充滿期待。

龍芯第四代產(chǎn)品“三劍客”，和茁壯成長的產(chǎn)業(yè)生態(tài)

除了 3A6000，龍芯今年重點發(fā)展的還有龍芯 3C / D / E6000 服務器 CPU 和龍芯 2K3000 移動終端 CPU，他們并稱龍芯第四代產(chǎn)品的“三劍客”。

其中龍芯 3C6000 目前已經(jīng)完成了設計，單硅片 16 核 32 線程，基于 LA664 架構，通用處理性能成倍提升，同時支持 DDR4-3200x4 內(nèi)存，訪存帶寬比上一代 3C5000 成倍提高，還支持 PCIe4x64，IO 性能比上一代 3C5000 成數(shù)量級提高，支持高性能國密標準加解密算法，SM4 帶寬大于 30Gbps。

此外，龍芯 3C6000 還支持“龍鏈技術”，這項技術和英偉達 NVLink 以及英特爾 CXL 技術類似，可實現(xiàn)芯片組件（Chiplet）的連接，相比過去 3A5000 的片間互聯(lián)協(xié)議，延遲成倍降低，帶寬提高了好幾倍，大大提高多片協(xié)同工作的性能。龍鏈跟 nvlink 比，速率還低一些（目前每位速率是 16Gbps，下一步將提高到 32Gbps），但已經(jīng)不錯了。

重要的是，龍鏈技術基于的事全自研的物理接口，兼容 PCIe 電氣標準，硅間、片間互連可切換，完全可以自主掌握。

至于 3D6000 和 3E6000，則可以通過龍鏈技術分別將兩顆、四顆 3C6000 連接在一起得到。

此外，面向筆記本 / 云終端的 2K3000，目前也已經(jīng)完成了前端設計，這是八核單硅片，具有極高的性價比，8 個 LA364 處理器核中，單核性能可達到 3A5000 的水平。

同時值得關注的是，2K3000 還集成了 LG200 GPU 核心，支持 OpenGL4.0 圖形加速、OpenCL3.0 科學計算加速，還內(nèi)置了 INT8 張量計算加速部件，可進行 AI 加速，單節(jié)點達到 256GFlops-1TFlops，支持多節(jié)點互聯(lián)。

還有就是，根據(jù)龍芯給出的線路圖，2025 年將會有面向桌面級的 3B7000 和面向服務器的 3D / E7000。都是基于 LA664 架構的升級。

從龍芯第四代“三劍客”產(chǎn)品線的全面鋪設，小編又想到龍芯在自主 CPU 生態(tài)建設方面取得的成果，畢竟產(chǎn)品再好，也需要生態(tài)的支持。

別的不說，單說這次龍芯 3A6000 處理器發(fā)布后，現(xiàn)場就有 50 多家合作伙伴進行了龍芯 3A6000 整機產(chǎn)品的發(fā)布儀式，其中不乏華碩、雷神、方正、同方、聯(lián)想、攀升等我們耳熟能詳?shù)钠放?。在現(xiàn)場聽著一長串用實際產(chǎn)品響應龍芯生態(tài)建設的合作伙伴品牌名字，小編才真正切實感受到龍芯在做的事情不是我們在新聞里聽到的各種心潮澎湃，而是腳踏實地落在實處、落在商用端的產(chǎn)品，這才是讓龍芯能持續(xù)往前走的關鍵。

不僅如此，為了進一步擴大 LoongArch 架構指令集的覆蓋范圍，龍芯還選擇了將龍芯 CPU IP 核開放授權，首批開放的 IP 核包括 LA132、LA264、LA364 三種核心，通過這樣共享、共建的方式構建龍架構生態(tài)，進行龍芯 IP 授權，而且一次性授權且永不收版稅，即“賣芯片不收提成”，且無需對被授權企業(yè)進行審計。相信這些措施都有助于龍架構芯片生態(tài)的快速建設。同時，龍芯表示未來還可能會開放龍架構指令集，足見他們的開放姿態(tài)。

在這次大會上，就已經(jīng)有蘇州雄立科技有限公司、大唐可再生能源試驗研究院有限公司、得一微電子股份有限公司、山東領能電子科技有限公司、三峽智控科技有限公司、國家超級計算無錫中心、北京得瑞領新科技有限公司、北京科技大學工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院、西安微電子技術研究所、北方自動控制技術研究所共 10 家企業(yè)在發(fā)布會上與龍芯中科簽署合作協(xié)議，使用基于龍架構的 CPU 核設計超算芯片、專用控制芯片、存儲芯片等多種 SOC 芯片。

從小小的課題組到今天，只因一個信念

相信通過上述的介紹和解讀，大家在驚艷于龍芯在自主 CPU 硬件、軟件、生態(tài)建設方面取得出色成果的同時，也會感嘆國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)在擺脫受制于人的處境上又前進了一大步。

事實上，作為國產(chǎn) CPU 的代表，龍芯從一開始就是為“中國人有自己的 CPU 造計算機”而誕生的。

龍芯最初誕生于中科院計算所知識創(chuàng)新工程支持下的龍芯課題組，而如今作為龍芯中科董事長的胡偉武，就是當年這個課題組最初的發(fā)起人。2000 年，在中科院計算所所長李國杰院士的直接推動，龍芯課題組開啟了自主設計 CPU 的工作，盡管項目啟動資金只有 1000 萬元，但他們還是克服種種困難，在一枚完全自主設計、研發(fā)的通用 CPU 龍芯 1 號上成功跑起了 LINUX 系統(tǒng)。

2002 年 9 月 22 日，龍芯 1 號通過了中國科學院組織的鑒定，9 月 28 日，龍芯 1 號發(fā)布會召開，這標志著中國計算機產(chǎn)業(yè)“無芯”歷史的終結(jié)。

2003 年 10 月 17 日，龍芯 2 號首片 MZD110 流片成功，次年，9 月 28 日，經(jīng)過多次改進后的龍芯 2C 芯片 DXP100 流片成功。然后在 2005 年 4 月 18 日，龍芯 2 號芯片的發(fā)布會召開。

2010 年對龍芯來說是比較特別的一年，龍芯就成立了龍芯中科技術有限公司，標志他們開始市場化運作，全面走向產(chǎn)業(yè)化。

2010 年 9 月，龍芯大 CPU 系列的首款多核處理器產(chǎn)品 —— 龍芯 3A 開始量產(chǎn)。到今天，龍芯已經(jīng)形成了由龍芯 1 號、2 號、3 號三個系列處理器和龍芯橋片系列構成的完善的產(chǎn)品體系，并且對應的軟硬件和產(chǎn)業(yè)生態(tài)也在茁壯成長。

當然，在耀眼成果的背后，往往是各種不為人知的艱難和危機，以及誓為“CPU 自主化”奉獻一切的熱情和克服困難的勇氣與堅韌。

比如從 2001 年到 2010 年的時間里，龍芯的研發(fā)經(jīng)費投入超過 4 億元，在一些領域有突破，但整體成果卻并不顯著，因此龍芯不得不面對社會的種種質(zhì)疑，甚至一些部門機構不再支持自主 CPU 芯片的研發(fā)。根據(jù)胡偉武的回憶，在 2009 年、10 年前后國家重大專項經(jīng)費到的時候，龍芯已經(jīng)欠下計算所七八千萬了。

在此背景下，龍芯投向市場化、產(chǎn)業(yè)化運作就成了必須要考慮的事情。但投入市場化運營，就意味著龍芯的團隊要放棄原來的事業(yè)編制，從中科院計算所辭職下海，這無疑是一條破釜沉舟的道路。而且在成立市場化企業(yè)的初期，資金依然是頭等難題，胡偉武四處籌借，才能把公司成立起來。后來北京市政府牽頭投資 1 億元帶動民營企業(yè)跟投 1 億元才暫時解決了融資難題。

還有再比如 2018 年前后，龍芯當時使用的美國 MIPS 指令系統(tǒng)由于其背后公司多次被收購、易主，輾轉(zhuǎn)于不同企業(yè)之間，加上西方國家對中國半導體產(chǎn)業(yè)的阻撓，致使 MIPS 在中國市場的支持力度和開發(fā)可持續(xù)性都受到了很大的影響。這讓龍芯意識到，“建筑地基”自主可控的重要性，但是更換指令系統(tǒng)對于半導體企業(yè)來說是一件風險極大的事情，胡偉武為此茶不思飯不想地糾結(jié)了很長時間，最終下定決定，并在 2020 年正式用上了自主研發(fā)的 LoongArch 指令系統(tǒng)，真正做到了從地基到上層建筑完全的自主可控……

試想，在這些困難和風險面前，如果沒有一份信念和執(zhí)著，也許就沒有今天我們看到的龍芯 3A6000 的突破，還有整個龍芯產(chǎn)業(yè)生態(tài)的壯大。

就像龍芯所說的，這樣的生態(tài)是一個獨立于 X86 體系和 ARM 體系的第三套新型信息技術體系和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，也就是“龍體系”。

盡管了解半導體產(chǎn)業(yè)的朋友都知道，這樣一個大廈的建成可謂“路漫漫其修遠”，但我們相信龍芯就像不知疲倦的飛鳥，只要眼里看著遠方，翅膀還在振動，就總有飛越滄海的那一刻。

最后，再分享一個讓小編頗受感動和思索的細節(jié)，就是去年，胡偉武在接受央視面對面欄目采訪時，主持人問他“你希望未來人們提到龍芯的時候會是怎樣一種評價？”胡偉武的回答是：

我希望首先人們買電腦的時候，買龍芯不是因為要支持自主，而是基于性價比的考慮，就是因為喜歡它，這樣我們的生態(tài)才能做成。

是啊，一句“消費者（或客戶）喜歡”抵過所有宏大命題下的千言萬語，更是所有“自主化”的終極目標。如果這不能解釋龍芯驚艷于世的原因，那還有什么可以解釋呢？

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