龍芯推出自主指令系統架構LoongArch

龍芯15日發布新一代自主指令系統架構——龍芯架構（LoongArch）。龍芯中科技術有限公司董事長、中國科學院計算技術研究所研究員胡偉武介紹，從頂層規劃到各部分的功能定義，再到每條指令的編碼、名稱、含義，龍芯架構都進行了自主重新設計，同時也能兼容多種主流指令系統。

指令系統是計算機軟硬件的基礎界面，如果把設計芯片比作寫文章，指令系統就好比漢字或字母。基于二十年的CPU研制和生態建設積累，龍芯中科推出了龍芯架構，包括基礎架構部分和向量指令、虛擬化、二進制翻譯等擴展部分，近2000條指令，具有完全自主、技術先進、兼容生態三方面特點。

目前，支持龍芯架構的龍芯3A5000處理器芯片已經流片成功，基于新架構的完整操作系統已經在3A5000計算機上穩定運行。龍芯中科從2020年起新研的CPU均支持LoongArch架構。

龍芯委托國內第三方知名知識產權評估機構對龍芯基礎架構進行深入細致的知識產權評估。從2020年二季度開始，雙方投入上百人月，將LoongArch與ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等國際上主要指令系統有關資料和幾萬件專利進行深入對比分析。

2021年1月，針對被評估的基礎架構版本該評估機構認為：LoongArch在指令系統設計、指令格式、指令編碼、尋址模式等方面進行了自主設計。

LoongArch指令系統手冊在章節結構、指令說明結構和指令內容表達方面與上述國際上主要指令系統存在明顯區別。LoongArch基礎架構未發現對上述國際上主要指令系統中國專利的侵權風險。

CPU指令系統是計算機的軟硬件界面，是CPU所執行的軟件指令的二進制編碼格式規范。一種指令系統承載了一個軟件生態，如x86指令系統和Windows操作系統形成的Wintel生態以及ARM指令系統和Android操作系統形成的AA生態。

無論是x86還是ARM指令系統，都需要獲得“授權”才能研制與之相兼容的CPU。采用授權指令系統可以研制產品，但不可能形成自主產業生態。用個形象的比喻來解釋，中國人可以用英文寫小說，但不可能基于英文形成民族文化。

這也就是擁有指令集的公司很容易就能對獲得授權的芯片設計公司卡脖子的原因，完全開源的RISCV，也是來源于美國伯克利大學，因此Loongson Architecture對中國集成電路產業而言是一個歷史性突破。

目前，龍芯中科已經在一定范圍內發布LoongArch的基礎架構指令系統手冊。待完成包括境外專利分析在內的進一步知識產權評估后，龍芯中科將在更大范圍內發布更完整的LoongArch指令系統手冊。

龍芯中科還將聯合產業鏈伙伴在適當的時間建立開放指令系統聯盟，在聯盟成員內免費共享LoongArch及有關龍芯IP核。

龍芯自主指令集的重要性：

過去這些年，國內CPU公司引進過X86、ARM、Power、SPARC等指令集，但始終沒能建立起自己的Wintel，原因就在于始終保持著一種跟生態的心態，而且在軟件上的投入嚴重不足。如今，國際大環境的變化使購買國外指令集授權充滿了不確定因素，在這種情況下，開發自主指令集是規避風險的良策。

近日，美國制裁中國超算企業、臺積電不再為飛騰代工的消息在業內瘋傳。讓自主CPU架構指令集再成為話題。

很顯然，龍芯是希望短期兼容MIPS遺留生態過度，建設自己的軟件生態，建立中國版的Wintel。龍芯的目標宏偉，實現難度很大，但如果做成了，對產業安全和國家安全的積極作用是異常巨大。

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