龙芯推出自主指令系统架构LoongArch

龙芯推出自主指令系统架构LoongArch

龙芯15日发布新一代自主指令系统架构——龙芯架构（LoongArch）。龙芯中科技术有限公司董事长、中国科学院计算技术研究所研究员胡伟武介绍，从顶层规划到各部分的功能定义，再到每条指令的编码、名称、含义，龙芯架构都进行了自主重新设计，同时也能兼容多种主流指令系统。

指令系统是计算机软硬件的基础界面，如果把设计芯片比作写文章，指令系统就好比汉字或字母。基于二十年的CPU研制和生态建设积累，龙芯中科推出了龙芯架构，包括基础架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分，近2000条指令，具有完全自主、技术先进、兼容生态三方面特点。

目前，支持龙芯架构的龙芯3A5000处理器芯片已经流片成功，基于新架构的完整操作系统已经在3A5000计算机上稳定运行。龙芯中科从2020年起新研的CPU均支持LoongArch架构。

龙芯委托国内第三方知名知识产权评估机构对龙芯基础架构进行深入细致的知识产权评估。从2020年二季度开始，双方投入上百人月，将LoongArch与ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等国际上主要指令系统有关资料和几万件专利进行深入对比分析。

2021年1月，针对被评估的基础架构版本该评估机构认为：LoongArch在指令系统设计、指令格式、指令编码、寻址模式等方面进行了自主设计。

LoongArch指令系统手册在章节结构、指令说明结构和指令内容表达方面与上述国际上主要指令系统存在明显区别。LoongArch基础架构未发现对上述国际上主要指令系统中国专利的侵权风险。

CPU指令系统是计算机的软硬件界面，是CPU所执行的软件指令的二进制编码格式规范。一种指令系统承载了一个软件生态，如x86指令系统和Windows操作系统形成的Wintel生态以及ARM指令系统和Android操作系统形成的AA生态。

无论是x86还是ARM指令系统，都需要获得“授权”才能研制与之相兼容的CPU。采用授权指令系统可以研制产品，但不可能形成自主产业生态。用个形象的比喻来解释，中国人可以用英文写小说，但不可能基于英文形成民族文化。

这也就是拥有指令集的公司很容易就能对获得授权的芯片设计公司卡脖子的原因，完全开源的RISCV，也是来源于美国伯克利大学，因此Loongson Architecture对中国集成电路产业而言是一个历史性突破。

目前，龙芯中科已经在一定范围内发布LoongArch的基础架构指令系统手册。待完成包括境外专利分析在内的进一步知识产权评估后，龙芯中科将在更大范围内发布更完整的LoongArch指令系统手册。

龙芯中科还将联合产业链伙伴在适当的时间建立开放指令系统联盟，在联盟成员内免费共享LoongArch及有关龙芯IP核。

龙芯自主指令集的重要性：

过去这些年，国内CPU公司引进过X86、ARM、Power、SPARC等指令集，但始终没能建立起自己的Wintel，原因就在于始终保持着一种跟生态的心态，而且在软件上的投入严重不足。如今，国际大环境的变化使购买国外指令集授权充满了不确定因素，在这种情况下，开发自主指令集是规避风险的良策。

近日，美国制裁中国超算企业、台积电不再为飞腾代工的消息在业内疯传。让自主CPU架构指令集再成为话题。

很显然，龙芯是希望短期兼容MIPS遗留生态过度，建设自己的软件生态，建立中国版的Wintel。龙芯的目标宏伟，实现难度很大，但如果做成了，对产业安全和国家安全的积极作用是异常巨大。

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