中国＂龙芯＂漫漫征程路

 

　　2002年8月10日清晨6点零8分，“login:”的字样如约出现在用“龙芯1号”作CPU的计算机屏幕上。“龙芯”投片成功了!这是一个在我国计算机领域里值得永远铭记的时刻。从这一刻起，中国人结束了只能用洋人的CPU造计算机的历史，中国人在信息领域的核心技术上受制于人的时代永远成为了历史。

　　在IT硬件领域中，特别是在像CPU等核心技术上，我们跟国外有厂商有着较大的差距这个显而易见，始终是技不如人。而CPU又是计算机中最为关键、最为核心的部件，缺乏具有自主知识产权的芯片尤其是中央处理器芯片，已成为我国计算机产业的一大“芯”病，这种局面也是国内一些从事信息技术的科研人员一块不能触摸的伤口，是他们永远的痛。一方面是我们无比的自豪，中国终于摆脱了一大“芯”病;另一方面围绕“龙芯”出现了一些质疑，处理器芯片的市场竞争是异常激烈的，AMD和英特尔这对生死冤家已经是一场好看的龙虎斗，“龙芯”如何才能出人头地呢?“龙芯”如何融入全球产业链中去?“龙芯”有何种优势去和AMD和英特尔竞争?以及未来的发展方向将是哪里?

　　带着这些问题，让我们回顾“龙芯”发展历程

　　一、龙芯处理器发展的漫漫长路

　　从2000年11月起，中科院计算技术研究所就已经正式启动处理器设计项目，并在2001年3月开始，由该计算技术研究所从事信息技术的科研人员，开始向我国无自主研发处理器的这块未开发的领地进军，并进行研制我国具有自主知识产权的高性能通用CPU芯片。寄望于祖国和民族的兴盛，他们把这一项目命名为“龙芯”!可以毫不夸张地说，龙芯虽然是一块小小的处理器芯片，但是他却承载着我国太多的期望和突破。

　　时过境迁，就在短短的几年时间里，龙芯已经从仅开始停留在处理器设计项目的蓝图里，转而成为实实在在的处理器产品，从“龙芯1号”到“龙芯2号”再发展到前不久已经准备开始集中进行研发的下一代“龙芯3号”处理器，我们完全有理由相信中国龙芯处理器正在向着自己所预定和铺设的道路一步一步的前进。

　　作为对于硬件资讯比较感兴趣的消费者来说，仅仅知道中国龙芯处理器的型号、研发推出的时间段是完全不够的，这也显然也不能满足一些读者对于中国龙芯处理器有更深一步了解的要求。下面通过更加详细的资料，让我们了解一下中国龙芯处理器发展的漫漫征程!

　　1、“狗剩”诞生—龙芯1号 32位微处理器

　　

 

　　龙芯1号处理器

　　在2002年9月28日，对于中国处理器领域来说又是一个全新的起点，小名“狗剩”的中国第一颗通用式处理器芯片---“龙芯1号”终于展示在了世人的面前掀开了他神秘的面纱。此次发布小名为“狗剩”的CPU是中国科学院计算技术研究所历时两年、独立研制成功的我国首枚高性能通用CPU。“龙芯”的成功问世，标志着我国已经结束了在计算机关键技术领域的“无芯”历史。

　　这款芯片它采用了0.18微米工艺，包含近400万个晶体管，主频最高可达266MHz，已用于了国产龙腾服务器当中，这也打破了我国长期依赖国外处理器产品的尴尬局面。虽然作为中国人第一次拥有自主知识产权的处理器产品，但同时相关人员也保持着相当清醒的头脑，因为就技术和应用的角度来看，龙芯一号与其主流的处理器产品还有着相当大的差距，据了解龙芯1号仅相当于中端Pentium 2的水平，主频低其性能还相对较差，虽说如此，但我们也不能不承认龙芯1号的推出可以算是其中国处理器历史上一个新的里程碑。

　　技术及应用特点：

　　

 

　　龙芯1号处理器模块

　　一般根据应用模式的不同，将处理器分为通用CPU和嵌入式CPU，其实从结构上看这两者并无差异。通用CPU芯片的功能一般比较强，能运行复杂的操作系统和大型应用软件，嵌入式CPU芯片在功能和性能上有很大的变化范围，相对来说比通用CPU更为复杂和强大。

　　龙芯一号处理器是一款既兼顾通用又有嵌入式CPU特点的新一代32位处理器，拥有32位MIPS指令系统，并采用一套简单高效的动态流水线，支持乱序执行和精确中断处理，采用0.18微米 CMOS工艺制造，具有良好的低功耗特性，平均功耗0.4瓦特，最大功耗不超过1瓦特。因此，龙芯一号CPU可以在大量的嵌入式应用领域中使用。

　　不过在缓存设计上，龙芯一号有着明显的缺陷，芯片内只集成16KB容量的一级缓存(8KB指令+8KB数据)，对于处理器当中起到决定作用的二级缓存却没有设计在内，而它的晶体管规模也仅有400多万，这也是他处理器性能较弱的一个重要原因。

　　龙芯一号在通用CPU体系结构设计方面采用了许多先进的微处理器的设计与实现技术，在动态流水线的具体实现和硬件对系统安全性的支持方面，有独特创新，并申请了专利。 目前“龙芯”1号具有特殊的硬件设计，可以抗御缓冲区溢出攻击。在硬件上根本抵制了缓冲区溢出类攻击的危险，从而大大的增加的服务器的安全性。

　　因此，使用龙芯一号CPU可以构成更为安全的网络安全服务器、网络安全网关、网际防火墙、服务器网卡等对网络安全有特殊需求的产品及应用。基于龙芯CPU的网络安全设备可以满足国家政府部门、广大企业机关等对于网络与信息系统安全的需求。同时，“龙芯”还会利用小于0.5瓦的低运行功耗特点，进入Intel势弱的嵌入式芯片应用市场，以及广泛应用到手机芯片等通讯产品市场中。

　　此外，它还能可以运行大量的现有应用软件与开发工具。支持Linux、VxWork，Windows CE等操作系统。基于龙芯一号CPU的服务器，可以运行Apache Web、FTP、Email、NFS、X-Window等服务器软件，虽然不能说是全方位的兼容，至少包括和兼容种类也有相当一部分。作为第一款通用型CPU产品，龙芯1号虽然有这样或那样的一些问题和缺陷，但整体来看无论是在技术和应用性上来说该处理器还是具有了相当的水平，已经为中国自主研发的处理器产品添上浓墨重彩的一笔。

　　2、大幅提升—龙芯2号 64位处理器

　　其实“龙芯1号”的问世不仅仅在于中国自主研发处理器产品，而其更深层次的意义在于它捅破了困扰在中国科技技术人员心中的一层纸，凭借着自身的技术研发实力中国也可以自己生产制造出被国外垄断的处理器产品，为下一步对于处理器的研发打下了更为坚实的基础。

　　有了龙芯1号的研发实践经验，中科院计算技术研究所的相关科技人员继续努力，再次经过了两年多的艰苦奋战，在2005年4月26日，龙芯2号处理器正式面世。“龙芯2号”的再次登场亮相，同样给了世人一个惊喜，无疑使得中国龙芯处理器又迈上了一个新的台阶。不过龙芯似乎为了体现出完全本土话的感觉，都在其将其处理器都被赋予了体现一些有中国特色的名字作为昵称或者说小名。龙芯1号被命名为了“狗剩”，而这块龙芯2号，为了纪念***诞辰，特意将其命名为“***110”，意欲纪念这位中国的伟人!

　　

 

　　龙芯2号处理器

　　相关技术及应用特点：

　　

 

　　龙芯2号处理器是国内首款64位高性能通用CPU芯片，它不再沿用龙芯1号的32位MIPS指令架构，而是升级到64位MIPS指令架构，这一技术环节的提升不疑增强了龙芯二号的性能潜力。它采用先进的四发射超标量超流水结构，片内一级指令和数据高速缓存各64KB，龙芯2号暂时还未直接集成二级缓存，看来在处理器的二级缓存上，龙芯发展还是有一些不畅，不过还好，他支持片外二级高速缓存最多可达8MB，比龙芯1号有了明显的进步，这或许更多出于成本考虑。为了充分发挥流水线的效率，龙芯2号实现了先进的转移猜测、寄存器重命名、动态调度等乱序执行技术，以及非阻塞的高速缓存和取数操作猜测执行等动态存储访问机制。

　　它仍采用0.18微米 CMOS标准单元工艺制造，与龙芯1号相比没有差异，不过龙芯2号最高频率可达到500MHz，功耗3W--5W，远远低于国外同类芯片。设计人员称龙芯2号是一款在设计SPEC CPU2000分值可达到300分以上的64位通用处理器芯片。据了解，是2002年9月28日发布的“龙芯一号”实测性能的10到15倍，完全可以媲美Intel Pentium 3，甚至超过1.3GHz的威盛处理器的2倍至3倍，这样的技术性能对于龙芯来说已经相当的不错。

　　龙芯2号处理器它支持64位Linux操作系统和X-window视窗系统，运行全功能的Mozilla浏览器、多媒体播放器和一些办公套件，比32位的“龙芯”1号更流畅地支持视窗系统、桌面办公、网络浏览、DVD播放等应用，并具备桌面PC的基本功能，尤其在低成本信息产品方面具有很强的优势。在应用前景上，也有大幅度的提升，据了解龙芯2号的主要应用目标是Linux桌面网络终端、低端服务器、网络防火墙、路由器交换机、多媒体网络终端机、无盘工作站等。

　　二、龙芯处理器走向何方——龙芯3号处理器将达64核 部分兼容x86

　　中科院龙芯主设计师胡伟武在其《龙芯3号多核处理器设计及其挑战》的报告中指出，龙芯3号多核处理器结构特征是多平台并行虚拟机结构，第一阶段到2008年做8～16核，第二阶段到2010年做32～64核。

　　能使用45纳米技术

　　龙芯3号多核处理器系列主要面向服务器和高性能机应用，部分低端龙芯3号也可以面向部分桌面应用。

　　胡伟武称:“龙芯3号在策略上伸缩设计、有限实现，比如结合工艺和应用，桌面应用则四核就够了。”

　　2006年10月26日，中科院计算所和意法半导体签署合作开发多核处理器协议，其中便涵盖45纳米技术的合作，龙芯2号则会进一步采用65纳米技术。

　　龙芯优势在于低功耗

　　龙芯2E工作在750MHz下时，CPU、北桥和内存条功耗一共只有7.5W。媒体播放较Pentium 4要快一些。

　　多核处理器的发展趋势就是处理器结构正处在转折期，主频至上的时代已经结束。摩尔定律关于主频部分的终结，晶体管资源还在增加，性能功耗比继性能价格比后成为重要的设计指标，网络和媒体的普及导致计算机应用的变化。

　　“主频的游戏已经结束了，并行结构我们很有机会。”胡伟武说，“我们设计的方法很正确，有10个核以上，国外厂商更多运用静态电路，不可能把10个100W核集成在一起，不可能为了追求极端的性能牺牲功耗。”

　　龙芯3号部分兼容x86

　　龙芯3号的一个目标是要建设和谐的计算和谐，一是指人机和谐，串行程序并行化的问题;另一个是指机机和谐，就是兼容问题。

　　计算所人士说，关于是否兼容的问题，去年在计算所开了四五次会议讨论。不兼容Wintel体系，意味着软件上的相对匮乏;兼容，一来难以绕开专利瓶颈，二则跟踪容易越跟越远，因为Wintel不是一个固定的死东西，且历史包袱也不少。

　　目前龙芯2号暂时没有兼容的打算，而龙芯3号则会尝试采取类似全美达处理器的思路去兼容x86，至少部分兼容。

　　龙芯3号面临的挑战

　　胡伟武指出:研发团队的理想是使所有可执行文件可以在龙芯上正确快速地运行，要做一个多平台并行虚拟机结构，一方面通过进程级虚拟机实现Linux上的x86兼容，另外把虚拟机自动并行化。

　　他同时坦言，多核结构的物理设计方法非常难，如果把16个64位龙芯的核放在一起，反而会成为最大的瓶颈，就像茶壶里倒饺子根本倒不出来的。如果封装1千个核心，真正传递的信号就几百个，需要把I/O做得很快，否则“里面快外面慢”。要建设高速传输的环境，高速缓存的设计等问题非常难。

　　高性能CPU少不了和代工厂的密切合作。CPU本身的设计还是由计算所完成，同时意法半导体今后会在物理设计方面给于计算所更多的支持。

　　结语

　　中国工程院院士、联想汉卡发明人倪光南指出：IT核心技术的掌握关系到国家的信息安全，因此，IT核心技术中国非做不可。

　　一位网友在搜狐博客网上这样写到：很希望看到中国自己的CPU，不管它的性能怎样，只要它上市，我就会买。身为开发人员，深深地能够理解作为中国的开发人员所担负的历史责任。既然没有机会加入到CPU的开发中，那就在他们辛勤工作的时候默默支持吧!多么朴实的言语，但展现的却是国人高昂的爱国激情!

　　“龙芯”的问世不仅仅在于中国自主研发出了自己的CPU产品，其更深层次的意义在于它穿透了困扰在中国科技人员心中的一团迷雾，凭借着自身的技术研发实力，中国同样可以自己研发生产出被国外垄断的产品。目前有不少年轻人，对国货表现出一贯的不信任，尤其数码产品等。日本人就很善于引进外国技术，然后学习、模仿、创新，中国人同样也有这种精神。中国既然可以在艰难条件下研发两弹一星，在航天领域与美国、欧洲并肩前进，那么在芯片研制领域也一定可以做到!

　　“龙芯”是我们自己的孩子，我们要用心去爱护他。虽然他现在还不如Intel，但至少目前还没有几个国家能够生产出这种暂时不如Intel的东东!这就是我们的骄傲!我们是龙的传人，不是东亚病夫!我们坚信“龙芯”的成功是必然的!我们期待着“龙芯”带给我们更多、更大的惊喜!