簡介
龍芯 儘管今天的“龍芯”還存在著諸多問題與目前主流CPU相比性能上還有不少差距,還不能與Intel和AMD的CPU在PC市場上競爭，但坦率講，今天“龍芯”的境遇已經比當年的“聯想漢卡”好多了。回想當年的“聯想漢卡”是由做大型機出身的毫無產業經驗的科研人員一塊一塊的手工焊接而成、又一塊一塊的人工檢測。據說1986年，聯想第一線銷售人員每天接到的投訴電話和定貨電話幾乎一樣多----每賣出100塊“漢卡”，就有30塊出問題；而今天的“龍芯”不僅獲得了中科院重大知識創新工程項目和國家863計畫的支持，通過了嚴格的成果鑑定、基準程式測試和產品測試，可進入商品化生產；還得到了各地政府和企業的大力支持，已在江蘇省常熟市建立了產業化基地。關於MIPS結構授權與龍芯自主性等問題（From採訪龍芯總設計師胡偉武）
自主性
得到授權非自主創新？
龍芯 在計算機中，指令系統就是一種語言，就像我們用的漢語和英語一樣。比如說我們要寫一本小說，用中文寫還是用英文寫對小說肯定是有很大影響的，但關鍵是小說的內容本身。指令系統也一樣，就是計算機中軟體和硬體之間的一種語言。為什麼要採用MIPS指令系統而不是自己定義一個新的指令系統呢？例如“六十六”和“66”表示的是相同的意思，但前者只有懂中文的人才明白，後者全世界都明白。
另外，指令系統對CPU架構雖然有一定的影響，但影響不大。MIPS指令系統只有300多條，大龍芯已經在此基礎上新增加了500多條，因為MIPS指令系統是可以擴充的。
在CPU領域，架構不是指令系統，而是指“微體系結構”（microarchitecture），就像蓋房子一樣，房子的結構得自己設計。以MIPS為例，同樣的指令系統，也可以讓一個研究生就設計出一個簡單的CPU；也可以讓一個國際一流的團隊設計出有市場競爭力的CPU，都是運行MIPS指令系統的。
因此，指令系統對架構有影響，但不是架構的關鍵。龍芯在過去8年中，在架構上是有很深的積累的，並已經申請了近百項專利。
MIPS不適用於電腦？MIPS只用於低端套用？ 答：技術跟市場不能混為一談。X86的成功，主要是市場的成功，學術界都知道其結構上不如當年已經死掉的DEC的Alpha；同樣， 微軟的成功也主要是 市場成功。目前山寨手機的成功主要也是商業模式的成功。
指令系統跟低端或者高端沒有關係。90年代的時候世界上最快的500台計算機中有300多台是MIPS指令系統兼容的。
LINUX是肯定能發展起來的。在伺服器市場，截止2011年第四季度Linux伺服器在全球伺服器市場中的占比為18.4%的份額，比2010年同期相比增長了1.7%。在國外桌面使用LINUX的也很多。我們國家是使用LINUX最不普及的，巴西、委內瑞拉、越南、俄羅斯等政府辦公和教育都是LINUX為主。
目前，龍芯的伺服器、個人終端、嵌入式三個系列的定位已經完備。技術已經有競爭力。以伺服器市場來說，2011年曙光5000A使用8000顆AMD的CPU達到了200萬億次，而2012年曙光6000將使用8000顆龍芯3號達到1000萬億次。龍芯絕不是低端的東西。
採用MIPS架構有安全性的問題？ 答：指令系統就是一個 編碼。是公開的，不涉及任何安全問題。指令系統說穿了就是如何用數字表示加、減、乘、除這些操作。我們可以用1、2、3、4四個數字分別表示加、減、乘、除四個操作，也可以用5、6、7、8來分別表示加、減、乘、除（當然實際情況會稍微複雜一點），這些都是公開的。關鍵是人家用1、2、3、4表示加、減、乘、除大家已經習慣了而我們如果非要用5、6、7、8來表示，大多數人就看不明白。龍芯購買MIPS授權，不是購買MIPS公司已經完成的設計，而是取得MIPS兼容這個標誌，主要是市場行為。
MIPS公司的授權客戶有很多，包括AMD、SONY、NEC等等。
我們在MIPS的指令系統的創新方面已經遠遠超過了MIPS公司。購買MIPS授權主要是減少市場過程中的麻煩，包括有利於拓展海外市場。
龍芯在關鍵技術上不依賴MIPS。但做到跟MIPS兼容可以充分利用該陣營的力量。
智慧財產權問題，本質上是市場問題，不是法律問題。例如，Transmeta公司本來市場很好，但它起訴Intel，打了兩年官司，最後達成和解，但兩年過程中沒有人敢跟Transmeta做生意，最後Transmeta被拖垮了。
MIPS指令系統是大學和研究生教育的教科書上用的指令系統，被譽為“CPU中的LINUX”。就像我在背景材料中說的一樣，龍芯沒有侵MIPS的專利權，但我們在產品銷售過程中不能打“MIPS兼容”的商標，否則會侵MIPS的商標權。另外，我們提供給客戶的指令手冊中不能直接翻譯MIPS的指令手冊，否則就會侵犯著作權。龍芯現在是“有罪假設”，小企業跟龍芯合作沒有太多的考慮，但大企業跟龍芯合作，一定會考慮龍芯的可持續發展問題。
關鍵是龍芯購買MIPS授權有很大的好處。最近很多國外的大企業紛紛找我們合作，就是因為我們購買的MIPS的授權，大家認為龍芯是一個中規中矩的組織。還有很多合作夥伴（包括微軟的WinCE、Adobe、風河等）開始把軟體往龍芯上移植，也主要是看好龍芯。最近還有不少美國人到龍芯找工作。我們做自主創新，一定要做統一戰線，要團結很多人，包括美國人。我們購買了MIPS的結構授權，就會有很多美國人支持龍芯，巴不得龍芯越大越好。最後，我們購買MIPS結構授權的代價極小，充分利用了金融危機。
為何此時購買？ 答：一方面，龍芯經過8年的積累，技術上已經具備較強的 市場競爭力，產業化方面經過多年的探索也具備了很好的基礎。在此基礎上，準備以企業為主體正式進行龍芯的研製和推廣。另一方面，在這時候購買可以利用金融危機的時機降低購買費用。龍芯在MIPS授權方面的費用遠小於每年花在EDA工具方面的費用。龍芯架構 龍芯指令集：
CPU訪存指令24個全部來自MIPS
CPU算數指令（ALU)10個全部來自MIPS
CPU 算數指令14個全部來自MIPS
CPU乘除指令12個來自MIPS
12個來自龍芯（其中8個重複MIPS指令功能）
CPU跳轉分支指令20個全部來自MIPS
CPU位移指令15個全部來自MIPS
CPU特殊指令5個全部來自MIPS
CPU異常指令12個全部來自MIPS
CPU CPO指令10個全部來自MIPS
龍芯處理器共131個指令，其中119個來自MIPS，12個來自龍芯（但其中MULTG、DMULTG、MULTUG、DMULTUG、DIVG、DDIVG、DIVUG、DDIVUG共8個重複MIPS的指令功能。)
研製年譜
龍芯 2001年8月19日，龍芯1號設計與驗證系統成功啟動linux作業系統，10月10日通過由中國科學院組織的鑑定。
2002年8月10日，首片龍芯1號龍芯XIA50流片成功。
2002年9月22日龍芯1號通過由中國科學院組織的鑑定，9月28日舉行龍芯1號發布會。中國人大常委會副委員長路甬祥、全國政協副主席周光召參加了龍芯1號發布會。
2003年10月17日，龍芯2號首片MZD110流片成功。
2004年9月28日，經過多次改進後的龍芯2C晶片DXP100流片成功。
2004年11月，中國國務院總理溫家寶視察中科院計算所聽取龍芯研發情況匯報。
2005年2月，中國國家主席胡錦濤等黨和國家領導人在參觀中科院建院55周年展覽時參觀了龍芯處理器展覽。
2005年1月31日舉行了由中國科學院組織的龍芯2號鑑定會，2005年4月18日在北京人民大會堂召開了由科技部、中科院和信息產業部聯合舉辦的龍芯2號發布會，人大常委會副委員長顧秀蓮參加了龍芯2號發布會。
2006年3月18日，龍芯2號增強型處理器CZ70流片成功。“龍芯”也要對Intel說“不”了（此說法有帶廣告宣傳的性質）
2006年10月，中法兩國在北京簽署了關於中國科學院與意法半導體公司關於龍芯處理器的戰略合作協定，中國國家主席胡錦濤與法國總統席哈克共同出席了協定的簽字儀式。
2007年7月31日，龍芯2F（代號PLA80）流片成功，龍芯2F為龍芯第一款產品晶片。
2008年3月，北京龍芯中科技術服務中心有限公司正式成立，龍芯開始產業探索。
2009年9月28日，我國首款四核CPU龍芯3A（代號PRC60）流片成功。
眾所周知，CPU是決定電腦性能的核心部件，也是整個系統的核心。其負責整個系統指令的執行、數學與邏輯的運算；數據的存儲與傳送；以及對內對外輸入/輸出的控制。而在這個電腦核心部件市場領域裡，人們最為熟悉的兩個品牌無疑是Intel和AMD，他們在處理器市場的強勢地位似乎無人能撼動。在CPU技術上，我們跟國外廠商有著較大的差距，缺乏具有自主智慧財產權的CPU晶片，是中國計算機產業的一大“芯”病，也是我們這些電子工作者、網路人胸口永遠的痛。
過去，代表著國際IT頂尖技術的CPU晶片一直被英特爾等國外巨頭所壟斷，中國企業及消費者為之付出了巨額著作權費。好在神州龍芯公司先後推出了“龍芯1號”、“龍芯2號”，打破了中國無“芯”的歷史。“龍芯”的誕生被業內人士譽為民族科技產業化道路上的一個里程碑。商品化的“龍芯”1號CPU的研製成功標誌著中國已打破國外壟斷，
初步掌握了當代CPU設計的關鍵技術，為改變中國信息產業“無芯”的局面邁出了重要的步伐，對中國形成有自主智慧財產權的計算機產業有重要的推動作用，對中國的CPU核心技術、國家安全、經濟發展都有舉足輕重的作用。我們有信心：“龍芯” 對Intel說“不” ！
三個系列
龍芯一號
（英文名稱Godson-1)龍芯一號CPU IP核是兼顧通用及嵌入式CPU特點的32位處理器核心，採用類MIPS III指令集，具有七級流水線、32位整數單元和64位浮點單元。龍芯一號CPU IP核具有高度靈活的可配置性，方便集成的各種標準接口。圖1顯示了龍芯一號CPU IP核可配置結構，其中虛線部分表示用戶可根據自己的需求進行選擇配置，從而定製出最適合用戶套用的處理器結構。主要的可配置模組包括：浮點部件、多媒體部件、記憶體管理、Cache、協處理器接口。浮點部件完全兼容MIPS的浮點指令集合，浮點部件及其相關的系統軟體完全符合ANSI/IEEE 754-1985二進制浮點運算標準。浮點部件主要包括浮點ALU部件和浮點乘法/除法部件，用戶可根據自己的實際套用選擇是否添加。媒體部件復用了MIPS浮點指令的Format域，並復用了浮點暫存器堆，媒體指令集基本對應了Intel SSE媒體指令集合的各種操作。
記憶體管理部件有三種工作模式，即標準模式、直接映射模式和無映射模式。在標準模式下，TLB分為ITLB和DTLB兩部分，每部分均由48項頁表項組成，同時支持mapped和unmapped的從虛擬地址到物理地址的變換方式；TLB也可只進行直接映射，不使用CAM和RAM，以減小面積；而無映射模式下甚至可以去掉TLB，採用直連SRAM的形式實現訪存。龍芯一號CPU IP核的Cache分為指令Cache和數據Cache，兩部分獨立配置，以4K為一路，可配置為4路、2路和0路。用戶可根據套用需要，確定所需Cache的大小，甚至不使用Cache。協處理器接口為外部協處理器提供了一個高效率的接口。龍芯一號CPU IP核提供了兩套可配置的處理器匯流排接口：AMBA接口和哈佛結構SRAM接口。
龍芯二號
（英文名稱Godson-2)龍芯二號CPU採用先進的四發射超標量超流水結構，片內一級指令和數據高速快取各64KB，片外二級高速快取最多可達8MB.最高頻率為1000MHz，功耗為3-5瓦，遠遠低於國外同類晶片，其SPEC CPU2000測試程式的實測性能是1.3GHz的威盛處理器的2-3倍，已達到中等Pentium4水平。
龍芯三號
（英文名稱Godson-3)龍芯3A的工作頻率為900MHz～1GHz，功耗約15W，頻率為1GHz時雙精度浮點運算速度峰值達到每秒160億次，單精度浮點運算速度峰值每秒320億次。龍芯3A採用意法半導體公司（STMicro）65納米CMOS工藝生產，電晶體數目達4.25億個，晶片採用BGA封裝，引腳的數目為1121個，功耗小於15瓦。龍芯3A集成了四個64位超標量處理器核、4MB的二級Cache、兩個DDR2/3記憶體控制器、兩個高性能HyperTransport控制器、一個PCI/PCIX控制器以及LPC、SPI、UART、GPIO等低速I/O控制器。龍芯3A的指令系統與MIPS64兼容並通過指令擴展支持X86二進制翻譯。
產品架構
架構
龍芯 Cache容量可配置
0/4K/8K/16K I/D Cache
TLB形式可配置
接口
可配置 接口AMBA 2.0 full compatible
Direct RAM (Harvard Structure)
MIPS SYSAD
Co-processor Intelface
內外時鐘關係可配置
IEEE754兼容FPU可配置
MMX部件可配置
EJTAG接口，便於SOC調試
功耗
具體配置相關，Typical：：1～2 mW/MHz
面積
與具體配置相關，Min：1.0mm2 （軟IP)
友好的IP用戶接口
可視化配置界面
完全可綜合的IP，可無縫銜接主流EDA工具
集成synthesis環境
verilog仿真模型
IP Modeling
ISS仿真器
SoC硬體驗證平台
SoC系統虛擬開發平台
軟/硬IP
IP抽象模型提取，提供工業格式檔案
硬IP的實現（0.18微米/0.13微米工藝）
IP架構
增強可配置靈活性
在面積、功耗上持續最佳化
針對套用不斷增強處理能力（加密安全，控制，JAVA）
增加對多核的支持
SOC開發平台
提供基於EJTAG的IDE
提供ISS用於性能評估
系統
硬體開發板作業系統
Linux
OpenBSD (N64 ABI)
VxWorks
WinCE
軟體支持
XFree86-4.1.0 X ServerMozilla Browser,Apache WEB server
Compiler：GCC,F77
Word processing,video server
Virtual Terminal for X and Wind
產品介紹
龍芯1號 龍芯1號（英文名稱Godson-1）於2002年研發完成，32位，主頻 266 MHz。 龍芯1D 龍芯1D於2012年6月完成設計並進入流片狀態，是專門為 超音波熱量表定製的高精度、低功耗測量SoC。龍芯1D集成的時間數字轉換器設計測量解析度可達15ps，能夠檢測極其微小的流量變化。在電源管理方面，龍芯1D包含11個電源域，可將待機電流控制在10uA以下。測量過程的軟硬體協同設計使得龍芯1D在熱量表中用一個電池能工作五年以上。
除了熱量表，龍芯1D還可以套用在水錶、雷射測距、重量測量等場合，是一個非常值得期待的產品。
龍芯2號的最初版本龍芯2號（英文名稱Godson-2）於2003年正式完成並發布。
龍芯2號是64位處理器，主頻為300MHz至1000MHz，500MHz版約與1GHz版的Intel Pentium III、Pentium 4擁有相近的效能水平。
龍芯2號最初的版本是用0.13微米工藝，往後也會使用更精細的工藝。事實上龍芯2號當稱為一個系列，過程中經過數次改進，已知的有2、2A、2B、2C、2E、2F等型號，龍芯2號處理器已用於黃羊河公司（YellowSheepRiver，簡稱：YSR）的低價型Linux台式機：Municator中，最初的售價約為1200元人民幣。其電腦皆曾在2006 年3月德國漢諾瓦CeBIT及6月的台北國際電腦展覽會中展出。
龍芯2E 2006年6月，龍芯2E繼成功在法國流片成功後，全世界排名第五位的 積體電路生產商--意法半導體公司與中科院計算所簽訂技術許可協定，購買龍芯2E的生產和全球銷售權。意法半導體計畫每年銷售龍芯晶片1000萬片以上。2006年9月13日，中國科學家宣布研製成功通用中央處理器晶片龍芯2E。它是一款採用64位MIPSⅢ指令集的RISC處理器，採用90納米的CMOS工藝，電晶體數目是4700萬個，晶片面積是6.8mm×5.2mm。最高主頻達到1.0GHz，一般頻率是800MHz，功耗大約是5-7瓦。實際運行頻率定於660MHz。規格方面，龍芯2E處理器有128KB一級快取、512KB二級快取。性能方面，它的單精度浮點運算速度是每秒80億次，雙精度浮點運算速度是每秒40億次。龍芯2E在1.0GHz主頻下，SPEC CPU2000的得分為500分，綜合性能達到Pentium III和Pentium 4的水平。
龍芯2F 龍芯2F與龍芯2E相比，主要有以下幾個方面的提高。一是主頻提高30%以上，通過頻率篩選，將有1GHz以上的產品。二是相同頻率下功耗降低40%左右，並增加了很多諸如降頻、溫度感測器、關閉L2等功耗管理功能。三是集成了更多的系統功能，除了CPU外，還集成了DDR2記憶體 控制器、66MHz PCI/100MHz PCIX控制器、Local IO控制器、GPIO、中斷控制器、DMA控制器、部分顯示加速等功能，將大幅度降低系統 成本。四是封裝更小，龍芯2E的封裝為35mm*35mm，龍芯2F為27mm*27mm。五是可測性設計（DFT）和可生產性設計（DFM）有明顯提高，因此可以降低晶片成本。 龍芯2G 龍芯2G在設計規格上相當於龍芯3A的單核版。與上一代龍芯2F相比，在二級 快取容量、IO匯流排頻寬，配套橋片性能上都有大幅提升。龍芯2G在1GHz情況下運行穩定，可提供更好地用戶體驗，並適用於筆記本電腦與瘦客戶機等移動與桌面市場。 龍芯2H 龍芯2H已於2012年底完成了流片，64nm工藝，它在一個晶片中集成了CPU，GPU，北橋晶片，南橋晶片，記憶體控制器，顯示卡，網卡，音效卡，USB模組等各種IO接口。 晶片高度SOC設計，最大功耗為4W，主頻1GHz，是龍芯家族中集成度最高的晶片。主要面向移動終端，筆記本電腦，平板電腦等移動處理器。 龍芯3A 中國第一個具有完全自主智慧財產權的四核CPU，龍芯3號處理器採用的是65nm（納米）工藝，主頻1GHz，電晶體數目4.25億個， 單顆龍芯3A的最大功耗為15W， 理論峰值為16Gflops，每顆CPU單瓦特能效比1.06Gflops/W是目前X86 CPU的2倍以上，達到了世界先進水平。龍芯3號多核CPU系列產品定位伺服器和高性能計算機套用。龍芯3A集成了四個64位超標量處理器核、4MB的二級Cache、兩個DDR2/3記憶體控制器、兩個高性能HyperTransport控制器、一個PCI/PCIX控制器以及LPC、SPI、UART、GPIO等低速I/O控制器。龍芯3A的指令系統與MIPS64兼容並通過指令擴展支持X86二進制翻譯。
龍芯3B 繼龍芯3A後，龍芯3號系列處理器的第二代產品——8核龍芯3B處理器已於2012年年初流片成功。龍芯公司相關部門正在對該款晶片做進一步的開發和測試工作。預計2012年夏天實現量產。龍芯3B仍採用65納米生產工藝，在單個晶片上集成8個增強型龍芯GS464處理器核，它可以與MIPS64兼容，並支持X86虛擬機和向量擴展。在1G主頻下可實現128G flops的運算能力。在存儲設計方面，龍芯3B最多可同時處理64個訪問請求，可提供12.8GB/S的訪存頻寬。在I/O接口方面，龍芯3B實現2個16位的HyperTransport接口，可提供高達12.8GB/S的IO吞吐能力。八核龍芯3號的晶片對外接口與四核龍芯3號完全一致，兩款晶片引腳完全兼容，可實現無縫更換。
我國首台採用自主設計的“龍芯3B”八核處理器的萬億次高性能計算機“KD－90”，由中國科學技術大學與深圳大學聯合研製成功。
高性能計算機KD－90採用單一機箱，集成了10顆八核龍芯3B處理器，理論峰值計算能力達到每秒1萬億次。系統硬體由1個前置伺服器、5個計算節點、2個千兆乙太網交換機以及監控單元組成。其中，前置伺服器和計算節點均採用了我國自主設計的龍芯3B八核處理器，主要互連部件採用了自主研發的超多連線埠千兆乙太網交換晶片。系統軟體以開源軟體為主，其中包括針對龍芯3B處理器結構專門最佳化的數學函式館，以及自主研發的圖形化系統監控管理軟體，具有兼容性強、易維護、易升級、易使用等特點。
KD－90的研製依託國家科技重大專項“高性能多核CPU研發與套用”項目的支持，由中科院院士、中國科技大學教授陳國良為負責人的科研團隊，歷時近一年攻關成功。與基上一代“龍芯”處理器的國產高性能計算機KD－60相比，KD－90系統實現了“三低一高”的特性：成本低於20萬元，功耗低於900W，體積降低至0．12平方米，性能高達每秒1萬億次。
以中科院院士陸汝鈐為組長的專家組鑑定後認為，KD－90是我國高性能計算機國產化的又一次重要突破，在編程模型和網際網路等關鍵技術上達到了世界先進水平。適用於高性能計算教學、大規模科學與工程計算，以及軍事科學、國家安全和國民經濟建設等領域，套用前景廣闊。
龍芯3B 1500 在核高基項目支持下，龍芯3B 1500處理器流片成功。龍芯3B 1500集成8核向量處理器，32納米工藝，主頻1.3—1.5GHz，矽片面積182.5mm2，支持1.15v-1.3v變壓和動態變頻。龍芯3B 1500結構及封裝引腳基本兼容龍芯3B 1000，性能較龍芯四核3A處理器大幅提升。龍芯3B 1500流片成功，標誌著核高基支持任務的技術指標全面完成。龍芯規格
龍芯1A
主頻300MHz
微體系結構
集成32位超標量處理器核，該處理器核具有如下特點：
支持MIPS 32指令集；
5級流水線結構；
雙發射亂序執行結構；
1個定點單元、1個浮點單元和1個訪存單元；
採用交叉開關和多級AMBA匯流排橋進行片內的互連
高速快取
一級指令cache和數據cache各16KB
記憶體控制器
1個32 /16位DDR2-333控制器
音視頻
支持1920*1080/60fps的LCD+VGA控制器；
AC97音頻控制器；
333控制器
I/O
USB2.0/1.1*4；
SATA2*2；
GMAC*2；
PCI Host/Device、LPC、I2C、CAN；
SPI、NAND；
UART*4、RTC、PWM、GPIO*88等I/O控制器
製造工藝
130nm CMOS工藝
封裝
23mm*23mm BGA封裝，448個引腳
功耗
1.0W；
支持動態電源管理
龍芯1B
主頻200MHz
微體系結構
集成32位超標量處理器核，該處理器核具有如下特點：
支持MIPS 32指令集；
5級流水線結構；
雙發射亂序執行結構；
1個定點單元和1個訪存單元；
採用交叉開關和多級AMBA匯流排橋進行片內的互連
高速快取
一級指令cache和數據cache各8KB
記憶體控制器
1個32/16位DDR2-266控制器
音視頻
支持1920*1080/60fps的LCD控制器；
AC97音頻控制器
I/O
USB2.0/1.1 *1；
GMAC*2；
I2C、CAN；
SPI、NAND；
UART*12、RTC、PWM、GPIO*62等I/O控制器
製造工藝
130nm CMOS工藝
封裝
17mm*17mm BGA封裝，256個引腳
功耗
