放棄MIPS指令系統(tǒng) 龍芯發(fā)布完全自主指令集架構(gòu)

擁有 MIPS 指令集的 Wave Computing 轉(zhuǎn)投 RISC-V 陣營的消息引發(fā)關(guān)注。今天，MIPS 生態(tài)的重要維護(hù)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(gòu) Loongson Architecture，簡稱龍芯架構(gòu)或 LoongArch。

龍芯委托國內(nèi)第三方知名知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估機(jī)構(gòu)對龍芯基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行深入細(xì)致的知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)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(guān)資料和幾萬件專利進(jìn)行深入對比分析。

2021 年 1 月，針對被評(píng)估的基礎(chǔ)架構(gòu)版本該評(píng)估機(jī)構(gòu)認(rèn)為：

LoongArch 在指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)、指令格式、指令編碼、尋址模式等方面進(jìn)行了自主設(shè)計(jì)。

LoongArch 指令系統(tǒng)手冊在章節(jié)結(jié)構(gòu)、指令說明結(jié)構(gòu)和指令內(nèi)容表達(dá)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(chǔ)架構(gòu)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(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

CPU 指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的軟硬件界面，是 CPU 所執(zhí)行的軟件指令的二進(jìn)制編碼格式規(guī)范。一種指令系統(tǒng)承載了一個(gè)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(quán)”才能研制與之相兼容的 CPU。采用授權(quán)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(gè)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(quán)的芯片設(shè)計(jì)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(xué)，因此 Loongson Architecture 對中國集成電路產(chǎn)業(yè)而言是一個(gè)歷史性突破。

龍芯架構(gòu)包括基礎(chǔ)架構(gòu)部分和向量指令、虛擬化、二進(jìn)制翻譯等擴(kuò)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(shù)先進(jìn)、兼容生態(tài)三方面特點(diǎn)。

具體而言，龍芯架構(gòu)從整個(gè)架構(gòu)的頂層規(guī)劃，到各部分的功能定義，再到細(xì)節(jié)上每條指令的編碼、名稱、含義，在架構(gòu)上進(jìn)行自主重新設(shè)計(jì)，具有充分的自主性。

同時(shí)，龍芯架構(gòu)摒棄了傳統(tǒng)指令系統(tǒng)中部分不適應(yīng)當(dāng)前軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展趨勢的陳舊內(nèi)容，吸納了近年來指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域諸多先進(jìn)的技術(shù)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(shè)計(jì)，而且在軟件方面更易于編譯優(yōu)化和操作系統(tǒng)、虛擬機(jī)的開發(fā)。

生態(tài)方面，龍芯架構(gòu)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(tuán)隊(duì)在二進(jìn)制翻譯方面十余年的技術(shù)積累創(chuàng)新，不僅能夠確保現(xiàn)有龍芯電腦上應(yīng)用二進(jìn)制的無損遷移，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多種國際主流指令系統(tǒng)的高效二進(jìn)制翻譯。

本網(wǎng)了解到，龍芯 2020 年起新研的 CPU 均支持 LoongArch 架構(gòu)。首款支持 LoongArch 架構(gòu)的龍芯 3A5000 處理器芯片已成功流片，基于新架構(gòu)的完整操作系統(tǒng)已經(jīng)在 3A5000 計(jì)算機(jī)上穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，從其它主流指令系統(tǒng)到 LoongArch 的二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)已經(jīng)可以在 3A5000 計(jì)算機(jī)上演示運(yùn)行基于其它主流指令系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)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(chǔ)架構(gòu)指令系統(tǒng)手冊。待完成包括境外專利分析在內(nèi)的進(jìn)一步知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)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(dāng)?shù)臅r(shí)間建立開放指令系統(tǒng)聯(lián)盟，在聯(lián)盟成員內(nèi)免費(fèi)共享 LoongArch 及有關(guān)龍芯 IP 核。

指令系統(tǒng)是軟件生態(tài)的起點(diǎn)，只有從指令系統(tǒng)的根源上實(shí)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?

關(guān)鍵詞： MIPS 指令 系統(tǒng) 龍芯