国产CPU新里程碑龙芯3号新一代发布功能追逐AMD

芯东西（ID：aichip001）文 | 韦世玮 心缘

芯东西12月24日音讯，今日，龙芯中科发布龙芯4000系列CPU芯片，别离为3A4000和3B4000。功能方面，3A4000/3B4000选用28nm FDSOI工艺，微架构为GS464V中心，通用处理功能进步一倍以上，这将成为我国自主CPU开展史上又一新的里程碑。

据悉，龙芯4000系列进一步完善对虚拟机的支撑，功率到达95%以上。在相同主频下，龙芯4000系列比3A3000的流水线功率进步50%，主频进步至1.8GHz-2.0GHz。

龙芯中科总裁、中科院核算技能研究所总工程师、龙芯CPU首席科学家胡伟武博士介绍，龙芯4000系列是初次全面集成可信模块、国内暗码算法、拜访操控等安全机制的CPU芯片。

也就是说，龙芯4000系列处理器除了功能大幅进步之外，还具有片内安全机制和高效云化的特色。

据介绍，龙芯在2019年的芯片出货量已超50万颗。未来，龙芯中科将侧重进步CPU主频与核数，3A5000和3C5000两款芯片将别离方案在2020年上半年和下半年流片。

龙芯中科总裁、中科院核算技能研究所总工程师、龙芯CPU首席科学家胡伟武博士

01

我国自主CPU开展的里程碑

龙芯中科是国产自主高功能通用处理器技能领先者和产品供给商，搭载龙芯中科CPU的核算机已进入政府收购目录。

龙芯脱胎于我国科学院核算所，曾研宣布我国首枚具有自主知识产权的通用高功能微处理芯片。

CPU芯片长时间被英特尔等国外巨子所独占，龙芯先推出的龙芯1号、龙芯2号，打破了我国缺自主研制CPU芯片的前史，是我国构成自主知识产权核算机工业道路上的一座里程碑。

从2001年至今，龙芯研制了龙芯1号、龙芯2号、龙芯3号三个系列处理器和龙芯桥片系列。

龙芯1号系列为32位低功耗、低成本处理器，首要面向低端嵌入式和专用运用范畴；龙芯2号系列为64位低功耗单核或双核列处理器，首要面向工控和终端等范畴；龙芯3号系列为64位多核系列处理器, 首要面向桌面和服务器等范畴。

今日发布的龙芯3A4000是龙芯3号系列处理器的最新产品，距上一代龙芯3A3000发布已相隔两年。

2017年时，龙芯年营收达1.5亿元，赢利2000多万元，2018年营收和赢利均比2017年翻番，赢利到达前史最高水平，交的税款已超越国家给龙芯各类补助的总和。

胡伟武表明，本年上半年龙芯收入已超越上一年全年，赢利是上一年全年的1.3倍左右，估计到2021年，龙芯交给国家的税将超越之前一切的研制投入。

02

选用GS464v架构，完成三大特色

龙芯3A4000是龙芯第三代高功能处理器核，选用新一代处理器架构GS464V，具有双DDR4-2400/2133内存通道，双HT3.0体系总线，功率进步一倍。

功能方面，其主频为1.8GHz，睿频2.0GHz，选用37.5mm*37.5mm封装工艺，典型功耗为30-40W。

据胡伟武介绍，龙芯3A4000首要有三方面特色：

1、相同工艺功能成倍进步

龙芯3A4000选用28nm工艺，进一步通过规划优化进步处理器功能，反映传统桌面功能的SPEC INT2000的单核base分值，从930分进步到了2090分。

此外，它的科学核算功能与3A3000比较，进步了4倍以上，支撑128/256位向量。而3B4000支撑四路直连，与3B3000双路服务器比较，四路服务器功能亦进步了4倍。

与此一起，龙芯3A4000的虚拟机功率大幅度进步，从原先的88%进步至98%。胡伟武称，其单核功能已高于用14nm完成的Arm处理器。

2、片内安全机制

龙芯3A4000支撑AES、MD5、SHA等加解密算法，片内集成安全可信模块，支撑国密算法。

此外，它支撑操作体系内核栈防护机制，支撑IO防护、安全履行环境等拜访操控，其高功能暗码算法服务才能支撑商密及以上算法。

3、自主研制

龙芯3A4000的一切模块源代码和各类全定制模块均为自主研制，除了厂家供给的规范单元库和内存编译器（Memory Compiler）外，没有一点第三方IP。

除此之外，龙芯3A4000在功耗办理和封装方面也有了进一步进步。

一方面，它第五个核（GS132E）监控主核运转，并进行动态功耗办理。例如，搭载龙芯3A4000的笔记本电脑作业时长比3A3000比较，进步了一倍以上；

另一方面，龙芯3A4000的封装尺度比3A3000更小，支撑一般BGA、LGA和CBGA多种封装方式，一起其桌面主板可支撑四层布线。

值得一提的是，龙芯4000系列用于片间互连及衔接桥片的HT操控器带宽进步了一倍以上，内存操控器从DDR3晋级至DDR4，SPEC CPU2006定点和浮点单核分值进步到20分。

但胡伟武也指出，龙芯4000系列处理器仍然存在两大问题。

一是DDR4内存频率不行高。DDR4规则的速率规模是1600至3200，而龙芯4000系列最高DDR4作业速率为2400/2133，与规则规模还存在必定距离。

二是功耗偏大。其非向量形式的典型功耗为30至40W，首要在于工艺不行先进，规划优化比较极致，主张科学核算环境下运用256位浮点向量时，恰当下降电压和频率。

03

未来要点打破主频与核数

胡伟武谈到，龙芯的下一步将会把研制要点放在进步主频与核数上。

一方面，龙芯3A5000将进步主频至2.5GHz，选用12nm工艺，单核功能将进步至30分左右，方案于2020年上半年流片。

一起，其内存操控器推迟/宽带进一步优化，LLC添加一倍，完成操作体系级二进制兼容。

另一方面，龙芯3C5000将添加核数，相同选用12nm工艺，支撑4至16路服务器，方案将于2020年下半年流片。

在胡伟武看来，现在国内CPU企业开展中心技能首要有两个途径，一是商场换技能，如汽车工业；二是商场带技能，如航天工业，而龙芯中科走的则是第二条路。

龙芯中科通过体系内商场引导，带动技能进步后，再进一步参加体系外的商场之间的竞赛。一起，龙芯CPU自主编写CPU源代码，在运用中不断演进，并重视自主CPU的自主生态建设，以逐步进步产品功能和完善生态。

尽管，龙芯开展至今现已为我国半导体工业的兴起供给了不可或缺的力气。但胡伟武以为，我国自主CPU与国外先进水平比较，在通用处理才能、单核功能和规划才能三大方面还存在较大距离。

“龙芯需求练好内功，通过规划优化进步单核通用处理功能。”胡伟武说到，3A4000和3B4000已根本添补单核通用处理功能的缺点，功能进步2至3倍（约20-30分），到达AMD的水平。

而现在，商场干流CPU运用GCC编译的单核分值为20至40分。

04

龙芯操作体系支撑软件生态建设

胡伟武谈到，龙芯的操作体系现在具有两种商业和技能形式。

面向专门企业，龙芯供给桌面和Windows服务器体系；面向设备企业，龙芯则根据根底版开源OS保护，支撑OS、整机和运用企业。

实际上，龙芯已面向三大不同的渠道开发相应的操作体系：

1、面向通用信息化体系的Loongnix。该体系根据通用Linux渠道进行完善和优化，为一致操作体系UOS龙芯版供给支撑。

2、面向高牢靠实时终端的LoongOS。该体系根据Linux/RT-Linux构建了简练高效的OS。

3、面向实时嵌入式运用的LoongWorks。该体系针对前史运用，根据VxWorks内核，完善图形和网络等API。

另一视点看，龙芯操作体系针对不同的硬件和运用，亦别离提出了两种不同的二进制兼容。

除此之外，胡伟武也说到，龙芯将进一步一致体系架构，构建规范规范体系，完成操作体系跨主板整机兼容和CPU代际兼容。

从龙芯3A4000开端，龙芯也将参阅规划全面支撑一致体系架构，开发支撑ACPI主板、固件、内核及OS的参阅规划，以及根据ACPI/EC笔记本规范的解决方案。

05

结语：我国自主CPU研制的里程碑

龙芯中科通过近二十年的开展，渐渐的变成了我国国产自主高功能通用处理器的技能领先者，不只打破了我国缺少自主研制CPU芯片的前史，一起也是我国构成自主知识产权核算机工业道路上的一座里程碑。

近二十年来，龙芯的自主CPU和OS现已趋于老练。胡伟武称，龙芯CPU通用处理功能已到达AMD水平，OS老练度也已挨近Windows XP。

但是，龙芯没有丰厚的运用和工业不配套，无疑是摆在自主CPU和OS未来开展道路上的一个阻止。未来，龙芯怎么完善根底软件环境和配套芯片，推进CPU和OS生态的进一步老练开展，这非常值得咱们等待。

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