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薛偉傑:自研指令集橫空出世 內地處理器零的突破

【明報專訊】當ARM公司在3月底發表其新一代處理器架構ARM V9,並聲稱是近10年來的最重要創新,乃未來3000億枚ARM處理器的基礎之後,業界又爆出另一個重磅消息。

4月15日,龍芯中科技術股份有限公司正式發表完全自主研發的指令集架構Loongson Architecture(簡稱LoongArch或LA架構),並且將會向其他公司開放授權。這個自研指令集意義重大,意味「中國芯」真正嘗試完全自主的重要一步。

目前內地已有多間公司自研處理器,其中較著名的有華為海思、飛騰、海光、兆芯、龍芯、申威等6家公司。然而,這些公司一直都倚賴外國公司授權的處理器指令集和內核使用權。

其中,華為海思和飛騰乃使用ARM架構,海光和兆芯則使用X86架構。若不能使用這些處理器指令集和內核設計作為研發的基礎,上述4間公司差不多是寸步難行;至於龍芯以往使用的MIPS架構,以及申威使用的Alpha架構,也是來自美國,但兩者都已經購買了所有設計資料,並且自行研發出一些新指令。其中,龍芯更加以徹底自研、另起爐灶為目標。

去年8月13日,龍芯創辦人胡偉武透露正在研發既自主又相容的LoongArch指令集,如果研發成功,將是一個自帶完整生態、兼且中國人能夠牢牢掌握的體系。

據悉,MIPS乃全球第一種商用的精間電腦指令集(RISC指令集)。但由於歷史悠久,當中部分內容早已不適應近年軟硬件的發展趨勢。因此,龍芯早就自行研發了一些新指令,作為MIPS指令集的擴充指令,成為半自主的LoongISA指令架構。

龍芯放棄MIPS 決心另起爐灶

不過,龍芯這次發表的LoongArch指令集,就號稱是完全自主研發,共有2500多條指令,與MIPS沒有關係。而據悉首兩款採用LoongArch指令集的處理器是「龍芯3A5000」和「龍芯3C5000」。

其中,「龍芯3A5000」是桌面電腦處理器,採用12nm製程,包含4個核心,主頻2.5GHz,在記憶體控制器和頻寬上都進行了強化,已經成功流片(試製),預料今年內將會推出。其單核心性能更號稱超越了採用7nm製程和ARM架構的華為「鯤鵬」處理器。

而「龍芯3C5000」則是伺服器處理器,同樣採用12nm製程工藝,但包含16個核心,可應用於高端伺服器,將會在今年內完成流片,預料明年量產。

同時,龍芯由去年起新研發的處理器,全部都已轉用LoongArch指令集,表明另起爐灶的決心。

但處理器指令集這東西其實牽涉極大,涉及橫跨軟硬件的整個生態系統。在未能自建完整的生態系統之前,怎樣吸引客戶使用LoongArch指令集的處理器?

既完全自主 又相容主流指令集

為此,龍芯的LoongArch指令集能夠與ARM、X86、MIPS等多種外國指令集實現高效的翻譯,以模擬模式運行針對這些架構而開發的軟件。

胡偉武聲言,LoongArch指令集處理器模擬MIPS處理器運行軟件的效率是100%,模擬ARM處理器運行軟件的效率是90%,模擬X86處理器運行Linux軟件的效率是80%,模擬X86處理器運行Windows軟件的效率則是70%。

所以,這就是胡偉武聲稱LoongArch指令集既是完全自主,又深度相容現時主流指令集的原因。當然,他亦強調,相容模式只屬於過渡方案,長遠還是要自建生態系統。

龍芯已經在一定範圍內發表了LoongArch的基礎架構指令系統手冊,還計劃在未來組建一個開放指令系統聯盟,讓聯盟成員共用LoongArch指令集以及其內核。

華為態度惹人關注

不過,行內人指出,龍芯以往的處理器在內地屬小眾產品,只能在資訊安全敏感度高的專用領域使用。未來LoongArch指令集處理器要成為主流產品,不可低估其困難。估計初期也可能只能專攻學術或研究機構等特定商業用戶。

而同時擁有「麒麟」、「鯤鵬」等多個系列自研處理器以及自研作業系統「鴻蒙」的華為,對於沒有「卡脖子」風險的LoongArch指令集究竟是什麼態度,亦十分關鍵。

華為年前已購買了ARM V8指令集的永久使用授權。但對於能否獲得最新的ARM V9指令集的使用授權,網上有不同的說法,筆者則不太樂觀。若不能獲得ARM V9指令集的授權,華為究竟會自行研發指令集,還是會投入LoongArch的陣營?

華為早前聲言,今年將會有1億部設備採用鴻蒙作業系統。若華為決定支持LoongArch,將會大大有助它在消費電子產品方面普及。而以12nm製程的「龍芯3A5000」處理器來說,已量產14nm製程一年多、並正在研發7nm製程的中芯國際(0981),要生產出來應該不難。

明報記者 薛偉傑

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