国产CPU历史性跨越！龙芯发布自主指令集LoongArch

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。

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。

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（李显杰 ）