上月，擁有 MIPS 指令集的 Wave Computing 轉投 RISC-V 陣營的消息引發(fā)關注。今天，MIPS 生態(tài)的重要維護者龍芯也放棄 MIPS 指令系統(tǒng)，發(fā)布了完全自主指令集架構 Loongson Architecture，簡稱龍芯架構或 LoongArch。
龍芯委托國內(nèi)第三方知名知識產(chǎn)權評估機構對龍芯基礎架構進行深入細致的知識產(chǎn)權評估。從 2020 年二季度開始，雙方投入上百人，將 LoongArch 與 ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86 等國際上主要指令系統(tǒng)有關資料和幾萬件專利進行深入對比分析。
2021 年 1 月，針對被評估的基礎架構版本該評估機構認為：
LoongArch 在指令系統(tǒng)設計、指令格式、指令編碼、尋址模式等方面進行了自主設計。
LoongArch 指令系統(tǒng)手冊在章節(jié)結構、指令說明結構和指令內(nèi)容表達方面與上述國際上主要指令系統(tǒng)存在明顯區(qū)別。
LoongArch 基礎架構未發(fā)現(xiàn)對上述國際上主要指令系統(tǒng)中國專利的侵權風險。
CPU 指令系統(tǒng)是計算機的軟硬件界面，是 CPU 所執(zhí)行的軟件指令的二進制編碼格式規(guī)范。一種指令系統(tǒng)承載了一個軟件生態(tài)，如 x86 指令系統(tǒng)和 Windows 操作系統(tǒng)形成的 Wintel 生態(tài)以及 ARM 指令系統(tǒng)和 Android 操作系統(tǒng)形成的 AA 生態(tài)。
無論是 x86 還是 ARM 指令系統(tǒng)，都需要獲得“授權”才能研制與之相兼容的 CPU。采用授權指令系統(tǒng)可以研制產(chǎn)品，但不可能形成自主產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
用個形象的比喻來解釋，中國人可以用英文寫小說，但不可能基于英文形成民族文化。這也就是擁有指令集的公司很容易就能對獲得授權的芯片設計公司卡脖子的原因，完全開源的 RISCV，也是來源于美國伯克利大學，因此 Loongson Architecture 對中國集成電路產(chǎn)業(yè)而言是一個歷史性突破。
龍芯架構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，近 2000 條指令，不包含 MIPS 指令系統(tǒng)，具有完全自主、技術先進、兼容生態(tài)三方面特點。
具體而言，龍芯架構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，在架構上進行自主重新設計，具有充分的自主性。
同時，龍芯架構摒棄了傳統(tǒng)指令系統(tǒng)中部分不適應當前軟硬件設計技術發(fā)展趨勢的陳舊內(nèi)容，吸納了近年來指令系統(tǒng)設計領域諸多先進的技術發(fā)展成果。同原有兼容指令系統(tǒng)相比，不僅在硬件方面更易于高性能低功耗設計，而且在軟件方面更易于編譯優(yōu)化和操作系統(tǒng)、虛擬機的開發(fā)。
生態(tài)方面，龍芯架構充分考慮兼容生態(tài)需求，融合了各國際主流指令系統(tǒng)的主要功能特性，基于龍芯團隊在二進制翻譯方面十余年的技術積累創(chuàng)新，不僅能夠確保現(xiàn)有龍芯電腦上應用二進制的無損遷移，而且能夠實現(xiàn)多種國際主流指令系統(tǒng)的高效二進制翻譯。
本網(wǎng)了解到，龍芯 2020 年起新研的 CPU 均支持 LoongArch 架構。首款支持 LoongArch 架構的龍芯 3A5000 處理器芯片已成功流片，基于新架構的完整操作系統(tǒng)已經(jīng)在 3A5000 計算機上穩(wěn)定運行。同時，從其它主流指令系統(tǒng)到 LoongArch 的二進制翻譯系統(tǒng)已經(jīng)可以在 3A5000 計算機上演示運行基于其它主流指令系統(tǒng)的復雜應用程序。
目前，龍芯中科已經(jīng)在一定范圍內(nèi)發(fā)布 LoongArch 的基礎架構指令系統(tǒng)手冊。待完成包括境外專利分析在內(nèi)的進一步知識產(chǎn)權評估后，龍芯中科將在更大范圍內(nèi)發(fā)布更完整的 LoongArch 指令系統(tǒng)手冊。龍芯中科還將聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈伙伴在適當?shù)臅r間建立開放指令系統(tǒng)聯(lián)盟，在聯(lián)盟成員內(nèi)免費共享 LoongArch 及有關龍芯 IP 核。
指令系統(tǒng)是軟件生態(tài)的起點，只有從指令系統(tǒng)的根源上實現(xiàn)自主，才能打破軟件生態(tài)發(fā)展受制于人的鎖鏈。你看好 LoongArch 嗎?
