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这几年,国产半导体不断取得新突破,尤其是最核心的CPU处理器,已经有了多家方案并行,应用场景也越来越广。
但是除了制造工艺和代工问题,国产CPU最欠缺的就是最基础的指令集,它是CPU执行软件指令的二进制编码格式规范,一套指令系统就承载了一个操作系统、应用软件生态。
此前的国产CPU指令集,无论x86、ARM、MIPS、RISC-V、Alpha、Power,无论封闭、授权还是开源,根基其实都掌握在别人手里,一旦出现意外根本不堪一击。
现在,作为国产CPU的标杆企业,龙芯中科正式发布了自主指令系统架构“Loongson Architecture”,简称为“龙芯架构”或者“LoongArch”,已经通过了国内第三方知名知识产权评估机构的评估。
LoongArch包括基础架构部分,以及向量扩展LSX、高级向量扩展LASX、虚拟化LVZ、二进制翻译LBT等扩展部分,总共接近2000条指令,同时不包含龙芯此前使用的MIPS指令系统。
龙芯中科从2020年起新研的CPU,均支持LoongArch。

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LoongArch具有完全自主、技术先进、兼容生态三个方面的特点。
首先,LoongArch从整个架构的顶层规划,到各部分的功能定义,再到细节上每条指令的编码、名称、含义,都在架构上进行了自主重新设计,具有充分的自主性。
其次,LoongArch摒弃了传统指令系统中,部分不适应当前软硬件技术发展趋势的陈旧内容,同时吸纳了近年来指令系统设计领域诸多先进的技术发展成果。相比于原有的兼容指令系统,不仅在硬件方面更易于高性能低功耗设计,在软件方面也更易于编译优化和操作系统、虚拟机的开发。
再次,LoongArch在设计时充分了考虑兼容生态需求,融合了各国际主流指令系统的主要功能特性,同时依托龙芯团队在二进制翻译方面十余年的技术积累创新,不仅能够确保现有龙芯平台应用二进制的无损迁移,而且能够实现多种国际主流指令系统的高效二进制翻译。
目前,支持LoongArch的龙芯3A5000处理器芯片已经流片成功,完整操作系统也已稳定运行,同时,从其它主流指令系统到龙新架构的二进制翻译系统,也已成功演示运行基于其它主流指令系统的复杂应用程序。
2020年第二季度开始,龙芯中科委托国内第三方知名知识产权评估机构,对LoongArch进行深入细致的知识产权评估。
双方投入上百人月,将LoongArch与Alpha、ARM、MIPS、Power、RISC-V、X86等国际主要指令系统的有关资料和几万件专利进行了深入对比分析。
2021年1月,评估机构认为:
1、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。
2、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。
3、未发现LoongArch基础架构对上述国际主要指令系统中国专利的侵权风险。
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,后续会在更大范围内发布更完整的版本,并将联合产业链伙伴,在适当的时间建立开放指令系统联盟,免费共享LoongArch、有关龙芯IP核。
当然,国产CPU还非常艰难,美帝亡我之心不死,日前就将申威、飞腾两大国产CPU代表给拉黑了,台积电也第一时间断供。
北京时间4月8日晚间,美国商务部宣布将7家中国超级计算机实体列入“实体清单”,其中就包括正在崛起的天津飞腾。
飞腾起步于1999年,背靠国防科大,是一家学院派CPU企业,和华为鲲鹏一样采用ARM架构,走的实际是“半自主路线”。
目前,飞腾旗下已形成了腾云S系列高性能服务器CPU、腾锐D系列高效能桌面CPU、腾珑E系列高端嵌入式CPU三大产品线,拥有4大类、近90个行业联合解决方案,覆盖信创、电信、金融、能源、交通、医疗、数字城市、工业制造等行业领域,合作伙伴已有大约1600家。
2020年,飞腾收入达13亿元,年增幅达5.2倍,芯片交付也从20万片增至150万片,预计2021年收入有望突破20亿元,芯片交付目标200万片以上。
但现在被美国拉黑,飞腾的前景也蒙上了厚厚的阴影,更糟糕的消息也随即而至。
据媒体报道,美国更新“实体清单”后,台积电第一时间启动盘点机制,清点出飞腾等公司通过IC设计企业下单的产能,全面停止有疑虑客户的订单,以符合所谓的美国法规。
台积电重申,台积电会遵循“所有法律规范”,一定会按照“出口管制”规则执行。
数据显示,飞腾在台积电每年下单量不到1万块晶圆,而在2020年,台积电产出300毫米晶圆约1239.8万块,飞腾占比仅为约0.08%,算上其他调整影响合计也不超过3%。
另据供应链消息,台积电停掉飞腾的订单之后,供应紧张的车载芯片已经立刻占坑,而台积电生产线仍然全负荷运作。
由于本土代工厂中芯国际也已被美国列入实体清单,飞腾CPU接下来很可能就直接无米下锅了,尚未发布的7nm工艺的腾云S5000、5nm工艺的腾讯S6000、14nm工艺的腾锐D3000和腾珑E2000/E3000,都悬了。
台湾世芯也举行了线上法说会,针对其大客户飞腾被列入“实体清单”一事的影响进行了说明。
此前,受该负面消息影响,已导致世芯股价接连三天跌停。
据介绍,世芯主要供应飞腾PC与服务器用CPU产品的ASIC设计服务。世芯指出,目前所有飞腾项目均已喊停,而飞腾已向该公司提供书面确认,确认其芯片不用于军事用途。
为了抢救营收主力来源,世芯也正在与一名美国外部律师合作,以了解EAR对飞腾的限制,并有可能申请对飞腾供货的许可。
不过,这次受飞腾事件冲击最大的是产品出货部分,世芯坦言,受到出口管制规则(Export AdministrationRegulation ,EAR)或BIS影响的成品出货,短期难以恢复。
据资料显示,今年飞腾对世芯营收贡献约39%。世芯预估,如果今年后续时间来自飞腾的营收归零,将影响2021年营收目标约25%。
世芯原本第二季到第四季在台积电投片量大约有1万片,出货给飞腾的数量最高可能有4000片,使用7nm制程,若这些产品的流向有所疑虑,台积电应该会挪给联发科、AMD等其他客户使用。
不过,世芯仍期待今年营收年增长率优于去年水准。世芯指出,这部分的增长主要是来自三、四个月内等待名单上其他NRE专案客户的需求。
另外,这次被拉入黑名单的,还有国家超级计算机济南、深圳、无锡、郑州四大中心,以及同为国产高性能CPU的申威的两家关联实体,上海高性能集成电路设计中心、Sunway Microelectronics。
令人哭笑不得的是,后者因英文名相似一度导致深圳信维微电子意外躺枪,但目前只知道这个Sunway Microelectronics是申威关联实体,具体对应中文名还未能确认。
上海申威背靠无锡江南计算所,2010年入驻国家超算济南中心,2016年进入无锡神威·太湖之光超算,连续三次登上世界超级计算机TOP500第一名,使用了多达40960颗申威26010处理器。
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