中国龙芯

龙芯（英语：Loongson，旧称GODSON[1]）是中国科学院计算所自主开发的通用CPU，采用简单指令集，类似于MIPS指令集。第一型的速度是266MHz，最早在2002年开始使用。龙芯2号速度最高为1GHz。龙芯3号还未有成品，而设计的目标则在多核心的设计。目前中科院有研发以龙芯为处理器的超级计算机计划。国产CPU,2002年8月10日，首片龙芯1号芯片X1A50流片成功.龙芯最初的英文名字是Godson，后来正式注册的英文名为loongson。龙芯LOGO龙芯CPU由中国科学院计算技术所龙芯课题组研制．其官方网站为www.loongson.cn
　　尽管今天的“龙芯”还存在着诸多问题，与目前主流CPU相比性能上还有不少差距,还不能与Intel和AMD的CPU在PC市场上竞争，但坦率讲，今天“龙芯”的境遇已经比当年的“联想汉卡”好多了。回想当年的“联想汉卡”是由做大型机出身的毫无产业经验的科研人员一块一块的手工焊接而成、又一块一块的人工检测。据说1986年，联想第一线销售人员每天接到的投诉电话和定货电话几乎一样多----每卖出100块“汉卡”，就有30块出问题;而今天的“龙芯”不仅获得了中科院重大知识创新工程项目和国家863计划的支持，通过了严格的成果鉴定、基准程序测试和产品测试，可进入商品化生产;还得到了各地政府和企业的大力支持，已在北京、重庆、江苏、广东等地建立了产业化基地。
[编辑本段]“龙芯” 也要对Intel说“不”了
　　众所周知，CPU是决定电脑性能的核心部件，也是整个系统的核心。其负责整个系统指令的执行、数学与逻辑的运算;数据的存储与传送;以及对内对外输入/输出的控制。而在这个电脑核心部件市场领域里，人们最为熟悉的两个品牌无疑是Intel和AMD，他们在处理器市场的强势地位似乎无人能撼动。在CPU技术上，我们跟国外厂商有着较大的差距，缺乏具有自主知识产权的CPU芯片，是我国计算机产业的一大“芯”病，也是我们这些电子工作者、网络人胸口永远的痛。
　　过去，代表着国际IT顶尖技术的CPU芯片一直被英特尔等国外巨头所垄断，中国企业及消费者为之付出了巨额版权费。好在神州龙芯公司先后推出了“龙芯1号”、“龙芯2号”，打破了中国无“芯”的历史。“龙芯”的诞生被业内人士誉为民族科技产业化道路上的一个里程碑。商品化的“龙芯”1号CPU的研制成功标志着我国已打破国外垄断，
　　初步掌握了当代CPU设计的关键技术，为改变我国信息产业“无芯”的局面迈出了重要的步伐，对我国形成有自主知识产权的计算机产业有重要的推动作用，对中国的CPU核心技术、***、经济发展都有举足轻重的作用。我们有信心:“龙芯” 对Intel说“不” ！
[编辑本段]“龙芯”三代简介
　　龙芯一号（英文名称Godson-1）
　　龙芯一号CPU IP核是兼顾通用及嵌入式CPU特点的32位处理器内核，采用类MIPS III指令集，具有七级流水线、32位整数单元和64位浮点单元。龙芯一号CPU IP核具有高度灵活的可配置性，方便集成的各种标准接口。图1显示了龙芯一号CPU IP核可配置结构，其中虚线部分表示用户可根据自己的需求进行选择配置，从而定制出最适合用户应用的处理器结构。主要的可配置模块包括：浮点部件、多媒体部件、内存管理、Cache、协处理器接口。浮点部件完全兼容MIPS的浮点指令集合，浮点部件及其相关的系统软件完全符合ANSI/IEEE 754-1985二进制浮点运算标准。浮点部件主要包括浮点ALU部件和浮点乘法/除法部件，用户可根据自己的实际应用选择是否添加。媒体部件复用了MIPS浮点指令的Format域，并复用了浮点寄存器堆，媒体指令集基本对应了Intel SSE媒体指令集合的各种操作。
　　内存管理部件有三种工作模式，即标准模式、直接映射模式和无映射模式。在标准模式下，TLB分为ITLB和DTLB两部分，每部分均由48项页表项组成，同时支持mapped和unmapped的从虚拟地址到物理地址的变换方式；TLB也可只进行直接映射，不使用CAM和RAM，以减小面积；而无映射模式下甚至可以去掉TLB，采用直连SRAM的形式实现访存。龙芯一号CPU IP核的Cache分为指令Cache和数据Cache，两部分独立配置，以4K为一路，可配置为4路、2路和0路。用户可根据应用需要，确定所需Cache的大小，甚至不使用Cache。协处理器接口为外部协处理器提供了一个高效率的接口。龙芯一号CPU IP核提供了两套可配置的处理器总线接口：AMBA接口和哈佛结构SRAM接口。
　　龙芯二号（英文名称Godson-2）
　　龙芯二号CPU 采用先进的四发射超标量超流水结构，片内一级指令和数据高速缓存各64KB，片外二级高速缓存最多可达8MB.最高频率为1000MHz，功耗为3-5瓦，远远低于国外同类芯片，其SPEC CPU2000测试程序的实测性能是1.3GHz的威盛处理器的2-3倍，已达到中等Pentium4水平。
　　龙芯3号 正在预研
　　虽然“龙芯2号”正火热推广，但“龙芯3号”也正在预研。据悉“龙芯3号”将是一款多核处理器，至少也是一款四核的产品，并增加专门服务于Java程序的协处理器，以提高Linux环境下Java程序的执行效率，指令缓存追踪技术等。“龙芯3号”最终将实现对内峰值每秒500-1000亿次的计算速度。
[编辑本段]“龙芯”的特点
　　灵活的可配置IP核架构
　　Cache容量可配置
　　0/4K/8K/16K I/D Cache
　　TLB形式可配置
　　可配置接口
　　AMBA 2.0 full compatible
　　Direct RAM (Harvard Structure)
　　MIPS SYSAD
　　Co-processor Intelface
　　内外时钟关系可配置
　　IEEE754兼容FPU可配置
　　MMX部件可配置
　　EJTAG接口，便于SOC调试
　　功耗
　　具体配置相关, Typical:：1～2 mW/MHz
　　面积
　　与具体配置相关, Min：1.0mm2 (软IP)
　　友好的IP用户接口
　　可视化配置界面
　　完全可综合的IP，可无缝衔接主流EDA工具
　　集成synthesis环境
　　verilog仿真模型
　　IP Modeling
　　ISS仿真器
　　SoC硬件验证平台
　　SoC系统虚拟开发平台
　　软/硬IP
　　IP抽象模型提取，提供工业格式文件
　　硬IP的实现(0.18微米/0.13微米工艺)
　　IP架构
　　增强可配置灵活性
　　在面积、功耗上持续优化
　　针对应用不断增强处理能力（加密安全，控制，J***A）
　　增加对多核的支持
　　SOC开发平台
　　提供基于EJTAG的IDE
　　提供ISS用于性能评估
　　硬件开发板
　　操作系统
　　Linux
　　VxWorks
　　WinCE
　　软件支持
　　XFree86-4.1.0 X Server
　　Mozilla Browser, Apache WEB server
　　Compiler：GCC, F77
　　Word processing, video server
　　Virtual Terminal for X and Wind
[编辑本段]“龙芯”的产品
　　龙芯1号（英文名称Godson-1）于2002年研发完成，是一颗32位元的处理器，内频（也称：主频）是 266 MHz。
　　龙芯2号（英文名称Godson-2）于2003年正式完成并发布。
　　龙芯2号是64位元处理器，内频为300MHz至500MHz，500MHz版约与1GHz版的Intel [[Pentium III]]、Pentium 4拥有相近的效能水平。
　　最初版本
　　龙芯2号最初的版本是用0.13微米的制程技术，往后也会使用更精细的制程技术。事实上龙芯2号当称为一个系列，过程中经过数次步阶进化，已知的有2、2A、2B、2C、2E、2F等型号，目前龙芯2号处理器已用于黄羊河公司（YellowSheepRiver，简称：YSR）的低价型Linux桌上型电脑（也称：台式机）：Municator中，最初的售价约为1200元人民币。其电脑皆有在 2006 年3月德国汉诺威CeBIT及6月的台北国际电脑展览会中展出。
　　龙芯2E
　　2006年6月，龙芯2E继成功在法国流片成功后，全世界排名第五位的集成电路生产商--意法半导体公司与中科院计算所签订技术许可协议，购买龙芯2E的生产和全球销售权。意法半导体计划每年销售龙芯芯片1000万片以上。
　　2006年9月13日，中国科学家宣布研制成功通用中央处理器芯片龙芯2E。它是一款采用64位元MIPSⅢ指令集的RISC处理器，采用90纳米的CMOS工艺，晶体管数目是4700万个，芯片面积是6.8mm×5.2mm。最高主频达到1.0GHz，一般频率是800MHz，功耗大约是5-7瓦。实际运行频率定于660MHz。规格方面，龙芯2E处理器有128KB一级缓存、512KB二级缓存。性能方面，它的单精度浮点运算速度是每秒80亿次，双精度浮点运算速度是每秒40亿次。龙芯2E在1.0GHz主频下，SPEC CPU2000的得分为500分，综合性能达到Pentium III和Pentium 4的水平。
　　龙芯２Ｆ
　　龙芯2F与龙芯2E相比，主要有以下几个方面的提高。一是主频提高30%以上，通过频率筛选，将有1GHz以上的产品。二是相同频率下功耗降低40%左右，并增加了很多诸如降频、温度传感器、关闭L2等功耗管理功能。三是集成了更多的系统功能，除了CPU外，还集成了DDR2内存控制器、66MHz PCI/100MHz PCIX控制器、Local IO控制器、GPIO、中断控制器、DMA控制器、部分显示加速等功能，将大幅度降低系统成本。四是封装更小，龙芯2E的封装为35mm*35mm，龙芯2F为27mm*27mm。五是可测性设计（DFT）和可生产性设计（DFM）有明显提高，因此可以降低芯片成本。
从政治看“龙芯”
　　　1."龙芯”，安全芯　
　　金山软件总裁雷军说过:“未来10年的国产软件将发展成为一个巨大的软件工业，国人大规模使用国产办公软件和操作平台的时代也将随之而来。”刚巧龙芯2号的主要应用目标是Linux操作系统，以避开与Windows和Intel阵营的正面直接交锋。政府大力打击盗版与保护和优先使用国产软件，对我们即将出世的“龙芯”新生儿应该是个好兆头。
　　“龙芯”最为独特的优势，不是性能，也不是价格，而是它的安全性。军队、政府、国有企业和科研机构等部门使用的信息技术设备，直接关系到国家信息网络的安全。采用“龙芯”CPU，将有助于消除我国在电子政务、国防等方面的安全困惑，改变在信息安全领域的被动局面。
　　CPU是各类电子系统的核心。因为缺乏自主的CPU技术，也直接或间接导致我们很多产业中的许多技术和产品要依靠进口。如果不掌握核心技术，我们的武器装备和核心装备，我们的***也将受到严重的威胁，因此国家将微处理器列为重要的发展方向。
　　目前一个普通的芯片一般要由三百万到四百万个晶体管构成，这样每个晶体管具体起什么作用，有什么实际功能都难以查清楚、说明白，所以芯片就有可能存在“后门”。某些国外大公司的芯片在出口之前，都会把一个特别的口令留给该国国防部，这样两国交战的时候，一个口令就可能将敌国的相关系统置于瘫痪。
　　前一段时间联想公司收购IBM的全球业务，美国政府就在担心收购以后电脑里是否会留有后门会威胁到他们国家的安全等等。而我们中国又有多少部门和个人在使用美国的电脑呢？即使不是美国的电脑用的也是“美国芯”，那我们的***呢？而“龙芯”就不存在后门问题，而且有内建的系统安全硬件，还可以抵御黑客等一大类网络攻击。所以从国家的根本利益出发，我们必须拥有和大力发展自己的“龙芯”。
　　　2、自主创新才有出路
　　中国商务部长薄熙来曾经向欧盟的官员算账，称中国出口8亿件衬衫，才能换回一架空中客车飞机。由于中国向美国的出口多为低附加值的实物产品，而美国向中国的出口多为金融、法律服务、软件等高附加值的非实物产品，因此才会出现“中国开到美国的船都是满的，开回来时都是空的”的现象。而在上述一多一少、一虚一实的交换中，表面的等价却掩盖着深刻的不平等。
　　目前中国所有的产业，拥有自己的技术和标准不到1%。中华民族是非常坚韧的，我们在最困难的时候，用简陋的装备造出了两弹一星。虽然目前我们在技术上和发达国家有一定的差距，但是CPU这种关键核心技术关系到国家战略，无论花多大成本都要做，不能受制于人。
　　关键的对国民经济有重大影响的技术一定要自己做，因为用钱买不到。“龙芯一号"（频率200M左右）研发出来时，国外把技术出口限制放宽到200M。“龙芯二号”发布后,频率达到500M，美国就把技术出品限制放到400M。
　　有人认为中国不可能做出高性能CPU，所谓不可能是因为我们没有去做，“龙芯”已经证明这一点。目前CPU发展到一个难得的转折期，由于物理极限和功耗的限制，像英特尔一些公司，也在苦苦寻求新的突破，这是我们的大好机会。
　　“龙芯”设计选择了在结构上的创新和突破，通过结构的优化、并行编译和软硬件的协同来提升程序运行速度，弥补主频的劣势。自主创新就是要另辟蹊径，一步一步跟在别人后面是没有出路的。
[编辑本段]“龙芯”的未来
　　中国工程院院士、联想汉卡发明人倪光南指出：IT核心技术的掌握关系到国家的信息安全，因此，IT核心技术中国非做不可。
　　一位网友在搜狐博客网上这样写到：很希望看到中国自己的CPU，不管它的性能怎样，只要它上市，我就会买。身为开发人员，深深地能够理解作为中国的开发人员所担负的历史责任。既然没有机会加入到CPU的开发中，那就在他们辛勤工作的时候默默支持吧！多么朴实的言语，但展现的却是国人高昂的爱国***！
　　“龙芯”的问世不仅仅在于中国自主研发出了自己的CPU产品，其更深层次的意义在于它穿透了困扰在中国科技人员心中的一团迷雾，凭借着自身的技术研发实力，中国同样可以自己研发生产出被国外垄断的产品。目前有不少年轻人，对国货表现出一贯的不信任，尤其数码产品等。日本人就很善于引进外国技术，然后学习、模仿、创新，中国人同样也有这种精神。中国既然可以在艰难条件下研发两弹一星，在航天领域与美国、欧洲并肩前进，那么在芯片研制领域也一定可以做到!
　　“龙芯”是我们自己的孩子，我们要用心去爱护他。虽然他现在还不如Intel，但至少目前还没有几个国家能够生产出这种暂时不如Intel的东东！这就是我们的骄傲！回想霍元甲时代，作为香港特区一位电子工作者，笔者再次感慨万千。我们是龙的传人，不是东亚病夫！我们坚信“龙芯”的成功是必然的！我们期待着“龙芯”带给我们更多、更大的惊喜！