龍芯擁有完整的自主CPU產品線,從用於電子儀表的低功耗嵌入式CPU到用於台式機和伺服器的高效能通用CPU,應有盡有。龍芯 4 芯 25GHz 3A6000效能與英特爾4核10代酷睿來回交鋒,是目前國內單核效能最高的CPU。 華碩為龍芯 3A6000 設計了主機板,並將第 13 代和第 14 代 4 核酷睿與龍芯 3A6000 的效能進行了比較在5GHz的頻率下工作時,它們的效能也基本一致,說明龍芯的CPU核心設計水平已經達到世界一流。
龍芯的CPU設計能力已經很強了,但是在定製專用CPU的時候,他們肯定不了解自己的需求,也不了解使用者本身。 通用性強,無所不能是龍芯各系列CPU的優勢,但在很多應用場景中也是劣勢。 例如,多埠網路裝置需要更高的IO速率,機頂盒晶元需要整合硬體解碼模組,一些專用裝置需要刪除不必要的功能以降低成本。
國內企業在針對特定應用定製CPU時,大多為了獲得ARM的CPU核心授權,不得不忍受苛刻的條款,同時,龍芯則在虧本持有各層次的獨立CPU核心,這可以看作是供需矛盾。 解決矛盾的方法當然是將獨立CPU核心授權給有需要的企業,以合作共贏的方式充分發揮獨立CPU核心的最大價值。 龍芯IP的廣泛授權也將有助於拓展龍芯LongARCH架構的應用場景,增強軟硬體生態。
龍芯目前已開放LA132、LA264、LA364三個CPU核心的授權,暫不對台式機和伺服器CPU的LA464和LA664進行授權。 這三個核心分別對應低、中、高效能級別的嵌入式CPU,但由於模型不夠豐富,三個核心的效能跨度較大。
LA132 採用簡約、低功耗設計,採用 32 位 LoongArch 基本指令集。 龍芯為合作企業定製的智慧型門鎖、跑步機、筋膜槍、智慧型電表、兒童機械人訓練套件等晶元,都是基於這一核心。
LA264 是乙個 64 位 LoongArch 指令集,支援 LoongArch 基本指令集和可選的 128 位向量擴充套件指令。 LA264 的每 GHz 通用處理效能高於 ARM A53,大致處於 A55 的水平,浮點效能也高於 A55。 採用該核心的CPU適用於工控裝置,在ARM A53 A55效能適用的場景下,用LA264代替是沒有問題的。 龍芯基於LA264核心的CPU產品主要有2KK1000LA和2K1500。
LA364定位於高階工業和移動裝置,如平板電腦CPU和輕薄膝上型電腦。 LA364的每GHz效能處於ARM A76的水平,而龍芯仍在研發中的2K2000和2K3000是LA364核心。 龍芯推出了印表機控制晶元2P0500,同樣採用LA364核心。
與ARM的IP相比,龍芯的工藝要求較低,更符合國情。 例如,ARM A76 使用 7nm 工藝,而龍芯 LA364 可以使用 28nm 工藝。 當然,採用先進技術是沒有問題的,龍芯2K3000整合了8個LA364核心,採用12nm工藝,獲得更高的頻率和更低的功耗。 如果國產製程先進,成本合理,那麼LA364採用7nm甚至更先進製程的製程也不是不可能。
在2024年底的龍芯3A6000發布會上,龍芯聯合10家單位進行了“龍芯處理器IP授權簽約儀式”,標誌著IP授權將成為龍芯主營業務之一,龍芯成為ARM之外又一家能提供高、中、低全級IP核的公司。
龍芯CPU核心授權的首批10臺機組分別是:
蘇州雄力科技***
大唐新能源實驗研究院***
德億微電子股份***
山東凌能電子科技有限公司
三峽智慧型控制技術***
無錫國家超級計算中心。
北京德瑞領鑫科技有限公司***
北京科技大學工業網際網絡研究院.
習微電子技術學院.
北方自動控制技術研究所.
在這10台中,蘇州雄力科技推出了基於龍芯IP的XL63系列產品,這是兩款高度整合的三層千兆網路交換晶元。 兩款網路交換晶元整合了四個龍芯LA264 CPU核心,可提供充足的算力,支援28G交換頻寬。 它還整合了多達 24 埠的千兆 PHY,並支援 QSGMII 和 SGMII 模式。 具有二層和三層交換功能,支援NAT NAPT、SYNC-E和IEEE1588V2,滿足企業和工業乙太網接入的業務需求。
蘇州雄力科技也在開發基於龍芯LA364 CPU核心的網路處理器NUP晶元,該晶元整合了32個LA364核心,具有強大的資料處理能力。 說起LA364核心,還有一起烏龍事件。 龍芯最初測試LA364核心時,引數設定得非常保守,根據測試結果,每GHz效能與ARM A72核心大致相同。 然而,在基於LA364的龍芯2K2000流片後,實測結果顯示,每GHz效能接近ARM A76核心的水平,比**效能高出近30%。
德億微電子和北京德瑞領信科技的主要產品是記憶體控制晶元,如SSD硬碟的主控,估計是基於龍芯CPU IP核設計的SSD硬碟主控晶元。 在保障資料安全、防止洩露方面,自主CPU核心優勢明顯。
據報道,大唐可再生能源試驗研究院正在開發基於龍芯IP的風電PLC,三峽智控並未透露龍芯CPU核心的用途,很可能是基於龍芯CPU設計的專用微控制器。
山東凌能電子正在研發一款低軌星鏈衛星通訊控制晶元,該晶元基於龍芯CPU核心進行全定製設計,在成本、功耗、效能等關鍵指標上,具有代差優勢。
無錫國家超級計算中心的名字讓人聯想到,但由於龍芯目前開放的IP核中並不包含最高效能的LA664,因此基於龍芯CPU核心設計超級計算CPU的可能性不大。 國家超算無錫中心正在研發新一代自主可控的人工智慧算力晶元,我個人認為其結構可能類似於《神威太湖之光》使用的神威SW26010,即將大量專用計算單元和通用CPU核心整合在乙個晶元中, 計算能力由專用計算單元提供,用於CPU排程。
還有幾家科研單位獲得了龍芯IP授權,主要面向工業控制方向的研發。
國產CPU很多,完全自主設計的也很少。 國產CPU大多採購國外設計用於整合的各種功能模組,統稱為IP核。 比整合CPU低一級是設計板,下一級是組裝計算機。 組裝計算機是每個人都可以學習的東西,而設計電路板已經需要先進的技術,而且跨度足夠大,大多數人都可以放棄掌握。 整合CPU比較困難,在CPU中設計各種功能模組,是只有少數國家的頂級團隊才能掌握的能力。 特別是現代CPU的核心、高效能記憶體控制器、高效能資料匯流排等,最能體現CPU設計企業的技術水平。
國產嵌入式CPU大多是基於ARM設計的CPU核心,國產台式機和伺服器CPU的核心等很多重要模組也是基於國外IP核授權的。 當然,也有高度自我設計的CPU,但由於CPU指令集是x86和ARM等非自治架構,因此無法將IP核授權給其他公司。 英特爾、AMD和Arm等架構控制器將沒有資格重新授權其他公司,無論技術水平如何,只能獲得自主性。
自主指令集很常見,尤其是簡單的嵌入式CPU指令集,只有幾十條指令,在國內其實很多。 但是,它往往只用於特定的裝置和場景,不可能也沒有必要開發乙個完整的軟體生態系統。 基於這種專用指令集設計的CPU核心缺乏授權給其他公司的價值,因為它們缺乏通用性和軟體生態,效能上限也非常低,而且大多是自己設計和使用的。
龍芯自主設計了LoongArch指令集,可為CPU核心提供從低到高的各種效能等級,已將指令集公開,並建立了嵌入式、桌面、伺服器的完整軟體生態,並可提供全套基礎開發工具,各IP均已成功商業化。 中國沒有其他企業或組織符合同樣的條件,龍芯是唯一一家。
放眼全球,CPU核心效能覆蓋率堪比龍芯,可以自由授權的IP核,除了龍芯之外,是唯一一款是arm的。 英特爾和AMD相互牽制,向外界授權高效能CPU核心並不是“免費”的,暫時被排除在外。 MIPS已經衰落,多年前的高效能IP如今已是老樹,Power、SPARC等其他IP也已成過去式。 RISC-V已經十幾年沒有生產出產品化的高效能IP,商用的阿里C910實際效能水平相對較低,每GHz效能僅略高於龍芯LA264,後者只適用於嵌入式CPU。
在軟體生態方面,龍芯整體不如ARM好,差距主要在嵌入式上,其中龍芯龍正的手機生態為0,在工業控制中的主要應用還不夠全面,還有待拓展。 然而,在Linux桌面和伺服器應用中,龍芯龍拱與ARM的生態差距非常小,這只是龍芯龍拱架構兩三年的成果,ARM的Linux桌面生態主要由國內企業完善。 RISC-V已經發展了十幾年,到目前為止只在物聯網領域進行過,而桌面和伺服器完全依賴開源生態,沒有WPS、QQ等商業應用。
龍芯的市場份額或許不會快速增長,但具體來說,龍芯已經悄然擁有了與ARM正面競爭的技術實力。