8月19日MIT Technology Review/麻省理工科技评论报道了一条关于LoongArch的消息 (图17 MITTR):8 月 13 日,在大陆计算机体系结构学术年会(ACA2020)上,龙芯中科董事长、中科院计算技术研究所研究员胡伟武作了名为《指令系统的自主与兼容》的特邀报告 (图 Google Images)。他透露了龙芯正研发LoongArch指令集,并致力于建设一个中国完全掌控的“完整”的生态体系。
出于安全考虑,其实大陆龙芯一直有建构独立指令集系统的想法。龙芯选择了美国MIPS科技公司授权的路径来构建自己的生态,是MIPS科技公司的最大客户,还希望收购MIPS科技公司 (图 Wiki),但未被美国政府批准。MIPS是英语 Microprocessor without interlocked pipelined stages 的缩写,意为“无内部互锁流水级的微处理器,”初期由斯坦福 (Stanford) 大学约翰·亨尼斯 (John Hennessy) 教授领导的研究小组1980年代初研制出来的 (图 Google Images)。MIPS架构 (MIPS architecture) 是一种采取精简指令集 (RISC) 的处理器架构,由MIPS科技公司开发并授权 (近年主要是龙芯)。现在中美间关系发生的变化,以及今后两国间形势走向,更使龙芯感到建构独立指令集系统的紧迫。此乃龙芯研发LoongArch指令集的背景。
LoongArch是一全新的RISC指令集,在Linux 操作系统上运行,能通过翻译的方式兼容MIPS、x86、ARM、RISC-V 这几种指令集的 Linux 程序 (图 新浪科技)。
据胡伟武报告说,目前龙芯已经完成了自主指令集的规划,包含基础指令、虚拟机拓展指令、二进制翻译扩展指令、128 位向量扩展、256 位向量扩展;完成龙芯 GS132、GS264、GS464 三大系列 IP 核指令系统修改;基于 LoongArch 的某龙芯 CPU 已于 2020第二季度交付流片,预计 2020第二季度出样片;二进制翻译系统 LAT 已基本完成开发,开始调试优化已完成开发的二进制翻译系统 LAT;持续改进MIPS 和 X86 用户态二进制翻译;已经基本跑通X86 系统二进制翻译;已经调通最难的地址翻译。
龙芯正在做的工作包括 (图 Google Images):1. 对 LoongArch 指令系统进行知识产权分析,预计 2020 年底完成国内部分,2021 年完成国际部分;2. 组建自主指令系统联盟,对联盟内企业免费开放 LoongArch,并开放 Cortex-A53 以下性能处理器IP核,条件是联盟内企业彼此间不能发生指令系统诉讼,以期能够形成对第三方的 CPU 防御联盟;将在高校推广百条指令左右的 LoongArch 小系统。龙芯希望持续改进二进制翻译的硬件支持和软件优化,争取在2025年消除指令系统间的壁垒,达到 “天下大同” 的境界。
loongArch的优势与劣势?
LoongArch的开发建立在X86,MIPS,ARM的经验教训之上,其基于RISC—V设计的IP核更加精简高效,更先进。因为开源,LoongArch授权成本相对X86,ARM来的低。出色的二进制兼容技术,将缓解新指令集生态匮乏的窘境。由此,未来龙芯可以执行针对其他芯片研发的Linux软件,这大大开拓了龙芯自身的软件生态。苹果电脑CPU放弃X86,改用的ARM,也使用该类技术。最重要的是 (对大陆企业而言),LoongArch架构无禁令之虞。
虽然有那么多优点,使用LoongArch还是有风险的。因为基于RISC—V的CPU软件生态相当弱,比龙芯还弱,且前途未卜,因而具高风险 (图 Forbes)。同时,虽然LoongArch授权成本低,但设计成本并不低。要设计与ARM A53性能相当的芯片,只有实力雄厚的公司才能玩得起的。否则流片失败一次,就没有然后了, 除非家里有矿(玩笑)。最让人担心的是,二进制兼容面临的法律风险。虽然胡伟武认为,包括美国在内的西方国家法律普遍认为不构成侵权。但你 never know。 毕竟,输掉一个官司,就可能挂掉一家公司。此外,龙芯作为通用芯片性能不足,和当前流行的x86架构差了好几代,龙芯电脑现在仅用于简单的办公处理。其次是龙芯开放度不足,至今未公布相关的扩展指令集。这会阻碍生态建设,因为开源社区看不到相关的指令,就无法做支持,从而阻碍自身生态的发展。综合来说,LoongArch指令集的开发有助于龙芯走出自己的一条路来,未来或许能发展出自己的架构体系和生态,但这条路会很艰难(图 Google Images)。
以前是没得选!如果禁用ARM,RISC—V,x86的话,就挂了。现在总算还有一条路。最近龙芯推出loongArch指令集,预见明年下半年发布上市。
*诚邀知情博友提供更多LoongArch指令集的消息。谢谢。
全文结束
参考资料
关哥打野. (2020). 龙芯对外公开的LoongArch指令集. 腾讯网. 链接 https://xw.qq.com/cmsid/20200818A0TNHG00
黑洞照耀宇宙. (2020). 如果ARM(安谋)最终被NVIDIA(英伟达)收购,相关终端厂商是否会转向risc-v? 知乎. 链接https://www.zhihu.com/question/414958057/answer/1427979577
华强微电子. (2019). RISC-V叩开IoT芯片大门 面临“碎片化”与“安全性”双重考验. 百度百科. 链接 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1634398373363147084&wfr=spider&for=pc
萦梦灬落雨. (2019). 浅谈RISC-V指令集架构的来龙去脉. bilibili. 链接 https://www.bilibili.com/read/cv5022050
小枣君.(2020). 如何看待观点「华为没有核心技术,因为芯片用的是ARM(安谋)架构,一旦被停止授权,就会做不出芯片」? 知乎.链接 https://www.zhihu.com/question/296178433/answer/692275926
Burt, J. (2020). Alibaba on the bleeding edge of Risc-V with XT910. Next Platform. 链接 https://www.nextplatform.com/2020/08/21/alibaba-on-the-bleeding-edge-of-risc-v-with-xt910/
Feldman, M. (2020). EUROPEAN PROCESSOR INITIATIVE READIES PROTOTYPE. THE NEXTPLATFORM. 链接 https://www.nextplatform.com/2020/01/27/european-processor-initiative-readies-prototype
Goodwins, R. (2019). RISC-V opens up processor design. NDNet. 链接 https://www.zdnet.com/article/risc-v-opens-up-processor-design/
Guee程序员. (2020). 如何看待龙芯对外公开的 LoongArch 指令集?知乎. 链接 https://www.zhihu.com/question/414069789
Hu, D. (2018). CISC(复杂指令集)与RISC(精简指令集)的区别. CSDN. 链接 https://blog.csdn.net/m0_37608982/article/details/81865927
MIT Technology Review科技评论. (2020). 丢掉幻想!龙芯中科将推出LoongArch自主指令集,深度兼容Windows、Linux、Android程序. 麻省理工科技评论. 链接 http://www.mittrchina.com/news/5506
Mutschler, A. S. (2017). RISC-V pros and cons. SEMICONDUCTOR ENGINEERING. 链接 https://semiengineering.com/risc-v-pros-cons/
Wiki. (2020). Berkeley RISC. 链接 https://en.wikipedia.org/wiki/Berkeley_RISC
Wiki. (2020). RISC-V. 链接 https://en.wikipedia.org/wiki/RISC-V