中国高端处理器发展探秘

　　随着神威蓝光超级计算机的问世，中国成为继美国和日本之后成为第三个采用自主CPU构建千万亿次级超级计算机的国家。在这之前，一提到国产自主高端CPU，人们的第一反应便是中科院计算所研制的“龙芯”处理器，但这次神威蓝光装配的却是出自江南计算所的神威1600A处理器。这一消息让国人为之一振，原来国产高端处理器不止“龙芯”一家啊，也让国外业者对中国在处理器事业上的进步刮目想看。其实，在“中国制造到中国创造”的国家战略下，我国在高科技领域可以说是全面追赶，已经在很多领域取得了一定的建树。本文中笔者将带大家认识几款国产处理器中的佼佼者，旨在让大家能更更深入的了解国产处理器的发展。

　　本文按照架构的差异将国产处理器分为三个部分，分别是MIPS架构、Alpha架构和ARM架构(从大的分类来看这三种架构都属于精简指令集计算机(RISC)，而多数X86处理器属于复杂指令集处理机(CISC)。比起CISC架构来，RISC架构拥有可充分利用VLSI芯片的面积，可提高计算机运算速度，便于设计(设计复杂性比较低)，可降低成本，提高可靠性以及有效支撑多种高级语言等特点。我国处理器产业发展目标就是摆脱对西方软硬件的依赖，从RISC架构处理器便是最佳选项。而在专利方面，在这三种架构上的研究也有一定的便利条件，国内的ARM和MIPS架构处理器的研制已获得相关机构的全面授权，而神威处理器所采用的Alpha兼容架构也是DEC公司15年前的专利，也快要超出专利追溯期。适合在相对较低制程下研制主流性能的处理器。

　　“龙芯”处理器是中科院计算所的研究小组在“龙芯之父”胡伟武教授的带领下设计和研发的。而处理器的量产是交由北京神州龙芯集成电路设计有限公司来完成的。这家公司是由中国科学院计算技术研究所和江苏综艺股份有限公司共同投资创办的，于2002年底在北京市中关村注册成立, 是一家专门开发、销售具自主知识产权的龙芯系列微处理器芯片(CPU)、硅知识产权(CPU-IP)以及相关嵌入式系统产品的高新技术企业。

　　从诞生到现在经历了三代产品，其中最新的就是“龙芯3”处理器，这是一款8核处理器，其主频为1.05GHz，拥有8个四发射乱序执行处理核心(每个核心有九级流水线，2个定点单元、2个浮点单元(每个每个浮点单元支持256位向量运算)和1个访存单元，采用交叉开关进行核间互连，并采用通过HT接口进行片间可伸缩互连。)。缓存方面，每个处理器核的一级指令cache和数据cache各64KB，八个处理器核通过交叉开关共享4MB的二级cache。内存方面集成了两个DDR2/3-800控制器。在1GHz下可提供高达16 GFLOPs每核的浮点计算能力，而在1.05GHz下可提供160 GFLOP的双精度浮点处理能力。同时代的3.3GHz Intel Core i7 3960X(拥有新的AVX指令集)在峰值情况下可提供160 GFLOPs的计算能力，而上一代的Core i7 990X 峰值情况下可提供90 GFLOPs，AMD FX8150可提供110 GFLOPs的峰值处理能力。相比之下，“龙芯3”虽然不是性能最强的，但其能耗却是最低的(其TDP仅为40W)。