放棄MIPS，龍芯為何推出自主指令集架構(gòu)？

坤叔

芯片是電子設(shè)備中最基礎(chǔ)、最精密的元件，而如果把芯片制造流程比作蓋房子，那指令集架構(gòu)就相當(dāng)于地基，目前桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是x86指令集架構(gòu)體系的天下，主導(dǎo)者是英特爾、AMD、NVIDIA等美國(guó)企業(yè)，移動(dòng)端則是ARM指令集架構(gòu)的王朝，市場(chǎng)主導(dǎo)是ARM和蘋(píng)果等歐美系企業(yè)。不難看出，贏在起跑線(xiàn)上的歐美科技壁壘一直是擋在芯片國(guó)產(chǎn)化面前的幾座大山，依托于底層架構(gòu)帶來(lái)的龐大生態(tài)體系難以撼動(dòng)，面對(duì)卡脖子基本是無(wú)力抵抗。

所以，從最根本的角度出發(fā)，我們需要一套屬于自己的自主架構(gòu)，目前來(lái)看，在這方面走在最前面的，就是大家熟悉的龍芯。在2020年，龍芯就推出了完全自主指令集：龍架構(gòu)（LoongArch）。從此，中國(guó)正式擁有了屬于自己的指令集架構(gòu)生態(tài)。

自主指令集架構(gòu)：打破桎梏的關(guān)鍵

其實(shí)在2019年之前，龍芯系列產(chǎn)品一直都在使用MIPS指令授權(quán)，作為x86和ARM之外的另一大指令集，MIPS擁有開(kāi)源特性的同時(shí)還可以自由更改增加指令，正是因?yàn)檫@兩大特點(diǎn)，龍芯才會(huì)在2010年剛開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化時(shí)就選擇與MIPS合作，并購(gòu)買(mǎi)了終身授權(quán)，希望能在MIPS上構(gòu)建自治生態(tài)。但遺憾的是，2018年歐美開(kāi)始針對(duì)我國(guó)科技企業(yè)卡脖子，MIPS在合作上也跟龍芯產(chǎn)生分歧，2019年更是直接宣布關(guān)閉開(kāi)源計(jì)劃，這也就成為了龍芯轉(zhuǎn)攻自主架構(gòu)的直接導(dǎo)火索。

但你可能會(huì)覺(jué)得，龍芯為什么可以在這么短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)從MIPS到龍架構(gòu)的轉(zhuǎn)換呢？事實(shí)上即便MIPS不卡脖子，龍架構(gòu)的出現(xiàn)也是必然，因?yàn)殡S著技術(shù)積累和發(fā)展，MIPS已經(jīng)不能滿(mǎn)足指令集拓展需求了，而龍架構(gòu)在提前布局專(zhuān)利市場(chǎng)的同時(shí)，也已經(jīng)獲得了獨(dú)立的Linux主線(xiàn)支持，還被GCC、.NET、Linux內(nèi)核社區(qū)等國(guó)際主流開(kāi)源組織所認(rèn)可，從側(cè)面證明了龍芯的龍架構(gòu)是一種沒(méi)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，獨(dú)立自主的CPU指令集架構(gòu)。

其次，龍架構(gòu)的中斷模型被ACPI接受，成為繼x86、ARM64之后的第三種ACPI支持的CPU架構(gòu)，要知道MIPS、ARM32以及RISC-V都沒(méi)有成為ACPI規(guī)范的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，ACPI規(guī)范作為可實(shí)現(xiàn)不同硬件設(shè)計(jì)需求的靈活配置，以操作系統(tǒng)為主導(dǎo)的電源管理方案，基礎(chǔ)性不言而喻。而龍架構(gòu)的中斷模型寫(xiě)入ACPI規(guī)范也意味著行業(yè)金標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可。

產(chǎn)品性能迭代迅速，逐步實(shí)現(xiàn)自主可信可控

在2018年中興遭遇美國(guó)“封殺”事件之后，中國(guó)工程院院士倪光南就曾撰文指出：“任何事物的發(fā)展都有個(gè)過(guò)程。具體到網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)領(lǐng)域，從用戶(hù)體驗(yàn)來(lái)說(shuō)，有個(gè)比較站得住腳的共同規(guī)律，是從不可用到可用，從可用到好用?！饼埿驹?019年推出的最后一代基于MIPS指令集的3A/3B4000已經(jīng)做到了可用的水準(zhǔn)，大幅縮小了與當(dāng)時(shí)主流英特爾/AMD芯片的性能差距。更換為龍架構(gòu)就意味著重新進(jìn)行軟硬件的兼容優(yōu)化，相當(dāng)于房子推倒gcj重新打地基，但即便如此，在2022年推出的龍芯第四代產(chǎn)品3A6000和3A7000，其中3A6000的IPC性能與AMD銳龍55600G和英特爾Corei71165G7相差不大，趕上了國(guó)際主流水準(zhǔn)。而根據(jù)路線(xiàn)圖，3A6000預(yù)計(jì)會(huì)在2023年，也就是今年正式推出，這意味著國(guó)產(chǎn)芯片在更換自主架構(gòu)后，性能也依舊保持了較高增速。

即便如此，也不要忽略了生態(tài)壁壘的影響，在優(yōu)化到位的情況下雖然可以勉強(qiáng)跟上英特爾、AMD的商用產(chǎn)品步伐，但就大宗PC商業(yè)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)還有巨大的差距，龍架構(gòu)目前的目標(biāo)還是面向需要自主可控可信的行業(yè)，發(fā)展不會(huì)被卡脖子的基礎(chǔ)軟件生態(tài)，比如操作系統(tǒng)內(nèi)核、編譯器、應(yīng)用程序等等。而如果要進(jìn)行第三方兼容，就需要跟隨其他生態(tài)版本的迭代進(jìn)行調(diào)整，這意味著總是會(huì)慢半拍甚至斷代，所以龍架構(gòu)的主要賽道還是信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)。

這也正是“十四五”規(guī)劃和2035遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中的重點(diǎn)，目前基于龍芯龍架構(gòu)打造的桌面電腦、服務(wù)器等產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于黨政、能源、交通、教育等多個(gè)行業(yè)。芯片產(chǎn)業(yè)其實(shí)并不存在所謂的“彎道超車(chē)”，我們必須要正視國(guó)產(chǎn)芯片落后于國(guó)際的事實(shí)，目前我們的小目標(biāo)仍然是“讓中國(guó)人用上完全自主的CPU”！