龙芯3A5000发布：基于LoongArch自研指令系统，性能提升50%
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2021-07-26 18:01
7月23日上午，国产CPU厂商龙芯中科通过官方微信宣布，龙芯3A5000处理器正式发布。该产品是首款采用龙芯自主研发的指令系统LoongArch的处理器芯片，性能实现大幅跨越，代表了我国自主CPU设计领域的最新里程碑成果。
龙芯中科自主研发的指令集系统LoongArch基于自身二十年的CPU研制和生态建设积累，从顶层架构，到指令功能和ABI标准等，全部自主设计，不需国外授权。LoongArch吸纳了现代指令系统演进的最新成果，运行效率更高，相同的源代码编译成LoongArch比编译成龙芯此前支持的MIPS，动态执行指令数平均可以减少10%-20%。LoongArch充分考虑兼容生态的需求，融合X86、ARM等国际主流指令系统的主要功能特性，并依托龙芯团队在二进制翻译方面十余年的技术积累创新，实现跨指令平台应用兼容。
作为首款基于LoongArch指令集系统的龙芯3A5000处理器，主频为2.3GHz-2.5GHz，包含4个处理器核心。每个处理器核心采用64位超标量GS464V自主微结构，包含4个定点单元、2个256位向量运算单元和2个访存单元。龙芯3A5000集成了2个支持ECC校验的64位DDR4-3200控制器，4个支持多处理器数据一致性的HyperTransport 3.0控制器。龙芯3A5000支持主要模块时钟动态关闭，主要时钟域动态变频以及主要电压域动态调压等精细化功耗管理功能。
虽然龙芯中科并未公布龙芯3A5000系列的工艺制程，不过根据网上曝光的资料显示，龙芯3A5000应该是基于12nm工艺。不过该消息尚未得到官方证实。
另外，根据龙芯中科公布的国内第三方测试机构的测试结果显示，龙芯3A5000处理器在GCC编译环境下运行SPEC CPU2006的定点、浮点单核Base分值均达到26分以上，四核分值达到80分以上。基于国产操作系统的龙芯3A5000桌面系统的Unixbench单线程分值达1700分以上，四线程分值达到4200分以上。上述测试分值已经逼近市场主流桌面CPU水平，在国内桌面CPU中处于领先地位。
较上一代龙芯3A4000处理器，龙芯3A5000处理器在保持引脚兼容的基础上，性能提升50%以上，功耗降低30%以上。在复杂文档处理、浏览器打开、3D引擎加速、4K高清软解、以及各类业务软件处理等方面，龙芯3A5000电脑用户体验提升明显，达到了极速的用户性能体验。
龙芯3A5000实现了自主性和安全性的深度融合。龙芯3A5000中包括CPU核心、内存控制器及相关PHY、高速IO接口控制器及相关PHY、锁相环、片内多端口寄存器堆等在内的所有模块均自主设计。龙芯3A5000在处理器核内实现了专门机制防止“幽灵（Spectre）”与“熔断（Meltdown）”的攻击，并在处理器核内支持操作系统内核栈防护等访问控制机制。龙芯3A5000处理器集成了安全可信模块，支持可信计算体系。龙芯3A5000内置了硬件加密模块，支持商密SM2/3/4及以上算法，其中SM3/4密码处理性能达到5Gbps以上。
目前，与龙芯3A5000配套的三大编译器GCC、LLVM、GoLang和三大虚拟机Java、JavaScript、.NET均已完成开发。面向信息化应用的龙芯基础版操作系统Loongnix和面向工控及终端应用的龙芯基础版操作系统LoongOS已经发布。从X86到LoongArch的二进制翻译系统LATX已经能够运行部分X86/Windows应用软件。统信UOS、麒麟Kylin等国产操作系统已实现对龙芯3A5000的支持。数十家国内知名整机企业、ODM厂商、行业终端开发商等基于龙芯3A5000处理器研制了上百款整机解决方案产品，包括台式机、笔记本、一体机、金融机具、行业终端、安全设备、网络设备、工控模块等。
龙芯中科还基于龙芯3A5000推出了新一代服务器处理器龙芯3C5000L。龙芯3C5000L通过封装集成了四个3A5000硅片，形成16核处理器。基于龙芯3C5000L的四路64核服务器整机的SPEC CPU2006性能分值可达900分以上，全面满足云计算、数据中心对国产CPU的性能需求。
龙芯3A5000继续使用中国共产党重大历史事件命名产品代号。龙芯3A5000芯片代号为“KMYC70”，以纪念抗美援朝70周年（这代号牛掰了）。基于龙芯3A5000核心的服务器专用芯片龙芯3C5000已经于2021年上半年完成设计并交付流片，芯片代号为“CPC100”，以庆祝建党100周年。
龙芯中科表示，龙芯3A5000的发布标志着龙芯团队经过20年的积累，产品性能完成补课，逼近国际主流水平，将助力龙芯中科开启从技术升级迈向全面生态建设、从政策性市场迈向开放市场、从跟踪性发展的“必然王国”迈向自主性发展的“自由王国”的新征程。龙芯3A5000的发布雄辩地证明，坚持科技自立自强而不是引进国外技术，走“市场带技术”而不是“市场换技术”的道路，自主研发CPU的性能完全可以超过引进技术的CPU。
未来，龙芯中科将继续坚持“为人民做龙芯”的根本宗旨，坚持“自力更生、艰苦奋斗”的工作作风，坚持“实事求是”的思想方法，携手广大生态合作伙伴，为打造我国安全可控的信息技术产业体系而不懈奋斗。
全集下载：龙芯LoongArch指令集全集
《龙芯LoongArch 指令集介绍》
《龙芯指令系统融合技术》
《龙芯架构32位精简版参考手册》
《龙芯3A1000 处理器用户手册(上册)》
《龙芯3A1000 处理器用户手册(下册)》
《龙芯3A3000-3B3000处理器(上册)》
《龙芯3A3000-3B3000处理器(下册)》
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