Loongson

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Логотип процессора
Loongson 2F от STMicroelectronics в ноутбуке Gdium[англ.].
Loongson 3B1500E.
Loongson 3B1500E.
Loongson 3A3000.

Loongson (кит. трад. 龍芯, упр. 龙芯, пиньинь Lóngxīn, палл. Лунсинь, драконовое ядро)[1] — линейка MIPS-совместимых процессоров общего назначения, а также название китайской бесфабричной компании (Loongson Technology), которая их разрабатывает. Альтернативное название процессоров — Godson[2], происходит от технического наименования[3].

В ранних реализациях процессоров не хватало четырех инструкций запатентованных MIPS Technologies (US4814976A, Unlighted Load Store), таким образом Китай пытался избежать юридических проблем[4][5].

Позже, соглашение с американской MIPS Technologies было заключено Институтом компьютерных технологий Китайской академии наук. Европейская STMicroelectronics приобрела лицензию MIPS у американцев для Loongson[6][7][8], в результате чего процессоры могли позиционироваться, как основанные на MIPS и MIPS-совместимые, а не просто MIPS-подобные. В дальнейшем китайский институт купил лицензии на использование MIPS32 и MIPS64 напрямую у MIPS Technologies[9].

На базе процессоров Loongson планировалось собирать персональные компьютеры Longmeng и Sinomanic.

Разработка процессоров Godson, основанных на архитектуре MIPS, была начата под руководством Ху Вэйу[кит.] (Hu Weiwu) Институтом компьютерных технологий Китайской академии наук в 2001 году. Целью проекта называли создание «высокопроизводительных микропроцессоров общего назначения»[2], это была часть плана «Сделано в Китае», который должен был быть реализован к 2025 году[10]. Разработку пытались финансово поддержать в 10-ой и 11-ой «пятилетках» Китая[11].

Исследования[12] показали, что процессор Godson-2 (2005) являлся попыткой скопировать популярный американский процессор MIPS R10000 1995 года от компании MIPS Technologies, но производитель не имел лицензии на реализацию архитектуры MIPS.

В марте 2006 года на выставке Computex 2006 в Тайбэе было объявлено о работах по созданию на основе процессора Godson-2 прототипа персонального компьютера Longmeng («Сон дракона»). В сентябре 2006 года было объявлено о разработке версии Loongson-2E (Godson-2E), поддерживающей набор команд 64-битной MIPS III и работающей на частоте 1 ГГц. Директор Института компьютерных технологий Академии наук КНР Ли Гоцзе (李国杰) рассказывал журналистам, что скачок в возможностях между вариантами 1 и 2В процессора был двукратным, а между 2В, 2С и 2Е — трёхкратным. Он заявлял, что в среднем возможности их процессора удваиваются каждый год, то есть в 2 раза быстрее, чем по «Закону Мура», и что КНР сумеет «объединить серию небольших прорывов в один большой скачок».

Компьютер Fulong MiniPC на основе процессора Loongson

В 2010 году компания была коммерциализирована как отдельная организация[10]. Поскольку Loongson является бесфабричной, процессоры для неё изготавливает и продает европейская компания STMicroelectronics[10][13], она же первоначально и приобрела для Loongson лицензию у MIPS Technologies[7].

В 2022 году Китай ввёл запрет на поставки процессоров Loongson в Россию и другие страны[14].

Особенности архитектуры

[править | править код]

Первое поколение, Loongson I, представляет собой процессор с 32-битной MIPS архитектурой, работающий на частоте 266 МГц. Ориентирован на встраиваемые системы, например, такие как кассовые терминалы, где не требуется высокая производительность и 64-разрядность. Впервые увидел свет в 2002 году.

Второе поколение, Loongson II — это семейство MIPS III совместимых[3][15] 64-разрядных процессоров. Изначально работал на частоте 500 МГц. Версия процессора 2Е (2006) рассчитана на увеличенную тактовую частоту 1 ГГц. Версия процессора Godson-2F (2007) работает на частоте 1,2 ГГц.

26 декабря 2007 года Китай объявил о намерении построить суперкомпьютер на основе этих процессоров. Команда создателей под руководством академика Чэнь Голяна (陈国良), профессора Университета науки и техники Китая, планировала использовать 330 процессоров Godson-2F. Размеры суперкомпьютера должны были приблизительно соответствовать размерам бытового холодильника, стоимость не должна была превышать 800 000 юаней.

Поздние версии процессоров получили поддержку MIPS64 благодаря общему с Loongson 3 ядру GS464[16].

Поколение Loongson III — это первые процессоры Loongson, имеющие несколько ядер[17].
Процессоры были изначально разработаны для использования LoongISA - т.е. MIPS64 ISA с дополнительными расширениями[17]. Дизайнеры также попытались оптимизировать двоичную трансляцию кода архитектуры Intel x86[3].

Расширения наборов инструкций

[править | править код]

Архитектура MIPS64 Release 2 с расширенным набором инструкций была реализована[16][18] в процессорах Loongson 3A2000 (2015 год) в рамках ядра GS464E[16].

  • LoongEXT — расширения общего назначения
  • LoongVZ — расширения виртуализации «VZ», представленные в MIPS64 Release 5
  • LoongBT — вспомогательные инструкции, ускоряющие двоичную трансляцию x86 и ARM
  • LoongSIMD — векторные расширения для 128-битных SIMD
  • Архитектура MIPS SIMD (MSA), DSP и VZ модули из MIPS Release 5

LoongArch была продемонстрирована в 2021 году с выходом Loongson 3 5000 серии. Разработчик из компании Loongson описывает[19] её как RISC архитектуру «немного похожую на MIPS или RISC-V. Она включает в себя урезанную 32-битную (LA32R), стандартную 32-битную (LA32S) и 64-битную (LA64) версии».

LoongArch часто называют форком архитектуры MIPS64r6 из-за отсутствия изменений в списках инструкций[20][21][22].

Издание The Register в ноябре 2021 предположило, что компания Loongson взяла части архитектур MIPS и RISC-V, а также дополнительные инструкции, и смешала их в гибридную архитектуру для процессора 3A5000[23].

Спецификация процессоров

[править | править код]
Имя Модель Частота
[МГц]
Архитектура
Версия
Год Ядер Процесс
[нм]
Транзисторов
[млн.]
Размер кристалла
[мм²]
Потребление
[Вт]
Кэш L1I/L1D
[КБ]
Кэш L2
[КБ]
Кэш L3
[MB]
Производительность
Godson-1 1 200 MIPS 32-bit 2002 1 180 -- -- 1 8/8 нет нет 19/25 [SPEC CPU2000]
Godson-2 2B 250 MIPS-III 64-bit 2003 1 180 -- -- -- 32/32 нет нет 52/58 [SPEC CPU2000]
2C 450 MIPS-III 64-bit 2004 1 180 13.5 41.5 -- 64/64 нет нет 159/114 [SPEC CPU2000]
STLS2E 1000 MIPS-III 64-bit 2006 1 90 47 36 7 64/64 512 нет 503/503 [SPEC CPU2000]
STLS2F 1200 MIPS-III 64-bit 2007 1 90 51 43 5 64/64 512 нет --
L2G 1000 MIPS64 2010 1 65 -- -- -- 64/64 1024 нет --
Godson-3 STLS3? 1000 MIPS64 2009 4 65 400+ -- 10 64/64 2048 нет --
Loongson 3A1000[24] STLS3? 1000 MIPS64 (GS464) 2010 4 65 -- -- 15 64/64 4096 нет 16 GFLOPS пиковой производительности[24]
Godson-3b[25] STLS3? 1000 MIPS64 2011 8 65 600+ 300 40 64/64 2x2048 нет 128 GFLOPS пиковой производительности
Loongson 3B1500[25][26] 1200 MIPS64 (GS464) 2014? 8 32 1140 182 30/60[27] 64/64 8x128 8 150 GFLOPS пиковой производительности[26]
Loongson 3A2000[28][29] 800-1000 MIPS64 (GS464E) 2014 4 40 -- -- 15 64/64 4х256 4 16 GFLOPS пиковой производительности[29]
Loongson 3B2000[30] 800-1000 MIPS64 (GS464E) 2014 4 40 -- -- 15 64/64 4х256 4 До 16 GFLOPS
Loongson 3A3000(3B3000)[31][32] 1350-1500 MIPS64 (GS464E) 2016 4 28 -- -- 30 64/64 4х256 8 До 24 GFLOPS[31]
11 int / 10 fp по тесту SPEC CPU2006[33]
Loongson 3A4000(3B4000)[34][35] 1500-2000 MIPS64 (GS464v) 2019 4 28 -- -- 30-50[36] 64/64 4х256 8 До 128 GFLOPS на частоте 2 ГГц[34]
~20 очков по SPEC CPU2006[37]
Loongson 3A5000(3B5000)[38] 2300-2500 loongarch64 (GS464V) 2021 4 12 -- -- 35 64/64 4x256 16 До 160 GFLOPS на частоте 2.5 ГГц
Loongson 3C5000L (3C5000L-LL) 2000-2200 loongarch64 (GS464V) 2021 16 12 ? ? ? ? ? 32 ?

Операционные системы

[править | править код]

Следует заметить, что Godson несовместим с набором команд x86, и использует модифицированный набор MIPS, с заменой некоторых команд на аналогичные, разработанные Институтом компьютерных технологий.

Для работы на этом процессоре были портированы Debian GNU/Linux, gNewSense, Gentoo Linux, Red Flag Linux, NetBSD[39], OpenBSD[40]. Велась работа по подготовке версии Slackware Linux; также в рамках проекта Google Summer of Code 2010 закончилась работа по портированию FreeBSD[41][42].

С некоторой информацией о практическом использованием можно ознакомиться в блогах «My CPU is Loongson»[43] и «CinnamonPirate»[44].

Операционные системы, спроектированные для работы только на архитектуре x86, на Godson работать не могут (десктопные операционные системы Microsoft, такие как MS-DOS или Microsoft Windows). Тем не менее, операционная система Windows CE, ориентированная на компактные и встраиваемые устройства, была портирована на процессор[45].

Примечания

[править | править код]
  1. 龙芯处理器英文品牌定名Loongson(组图)_业界_科技时代_新浪网. tech.sina.com.cn.
  2. 1 2 Hu, Wei-Wu; Zhang, Fu-Xin; Li, Zu-Song (March 2005). "Microarchitecture of the Godson-2 Processor". Journal of Computer Science and Technology. 20 (2): 243—249. doi:10.1007/s11390-005-0243-6. S2CID 27672171.
  3. 1 2 3 Hu, Weiwu. Micro-architecture of Godson-3 multi-core processor // 2008 IEEE Hot Chips 20 Symposium (HCS). — August 2008. — P. 1–31. — ISBN 978-1-4673-8871-9. — doi:10.1109/HOTCHIPS.2008.7476554.
  4. China's Microprocessor Dilemma
  5. The Linley Group - China's Microprocessor Dilemma.
  6. MIPS Technologies Licenses MIPS64 Architecture to STMicroelectronics Архивировано 19 января 2013 года.
  7. 1 2 Newsroom - STMicroelectronics. Архивировано 1 декабря 2008 года.
  8. Godson-3 Emulates x86
  9. China's Institute of Computing Technology Licenses Industry-Standard MIPS Architectures Архивировано 7 июля 2012 года.
  10. 1 2 3 Houweling, Elles (29 June 2021). "China-backed Loongson chip manufacturer files for IPO". Verdict. Дата обращения: 2 августа 2021.
  11. Hu, Wei-Wu; Gao, Yan-Ping; Chen, Tian-Shi; Xiao, Jun-Hua (May 2011). "The Godson Processors: Its Research, Development, and Contributions" (PDF). Journal of Computer Science and Technology. 26 (3): 363—372. doi:10.1007/s11390-011-1139-2. S2CID 9771321. Дата обращения: 2 августа 2021.
  12. http://www.in-stat.com/press/05/MDR_7_25_05.asp. Дата обращения: 29 января 2009. Архивировано из оригинала 29 ноября 2006 года.
  13. Muncaster, Phil (19 December 2012). "Why China's Homemade Microchips Will Struggle to Displace Western Giants". MIT Technology Review (англ.). Дата обращения: 2 августа 2021.
  14. Китай запретил поставки собственных процессоров в Россию и другие страны Архивная копия от 13 декабря 2022 на Wayback Machine // 13 декабря 2022
  15. Zhou Shuchang. Open64 on MIPS: porting and enhancing Open64 for Loongson II (2009). Дата обращения: 29 июля 2021.
  16. 1 2 3 Hu, Weiwu; Zhang, Yifu; Fu, Jie (January 2016). "An introduction to CPU and DSP design in China" (PDF). Science China Information Sciences. 59 (1): 1—8. doi:10.1007/s11432-015-5431-6. S2CID 15708234. Дата обращения: 12 августа 2021.
  17. 1 2 Gao, Xiang; Chen, Yun-Ji; Wang, Huan-Dong; Tang, Dan; Hu, Wei-Wu (March 2010). "System Architecture of Godson-3 Multi-Core Processors". Journal of Computer Science and Technology. 25 (2): 181—191. doi:10.1007/s11390-010-9315-3. S2CID 6432719.
  18. "Core Journey - 20 years of technical failure, is there still a chance for China's CPU?". ElectroDealPro. 14 June 2021. Дата обращения: 11 августа 2021.
  19. Chen, Huacai arch: Add basic LoongArch support [LWN.net]. lwn.net. Дата обращения: 28 июля 2021.
  20. Herrera, Jaime Loongson 3A6000: análisis de la arquitectura y benchmarks (исп.). Guiahardware. Дата обращения: 30 ноября 2023.
  21. Shilov, Anton (16 April 2021). "Loongson Technology Develops Its Own CPU Instruction Set Architecture". Tom's Hardware (англ.). Дата обращения: 28 июля 2021.
  22. Conill, Ariadne Real World Technologies - Forums - Thread: LoongArch. Дата обращения: 28 июля 2021.
  23. Shah, Agam (2 November 2021). "Loongson chip is China's next step to semiconductor freedom". www.theregister.com (англ.). Дата обращения: 1 декабря 2021.
  24. 1 2 [1]Архивная копия от 8 мая 2019 на Wayback Machine 龙芯3A1000_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]
  25. 1 2 Китай готовит новый собственный процессор для ПК и серверов Архивная копия от 28 сентября 2015 на Wayback Machine, 3DNews 24.11.2012
  26. 1 2 [2]Архивная копия от 30 января 2020 на Wayback Machine 龙芯3B1500_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]
  27. 30 Вт под «типичной» нагрузкой, 60 Вт при использовании оптимизированного векторного кода (SIMD)
  28. China’s Loongson makes a 64-bit Mips processor that runs x86 and ARM code Архивная копия от 25 ноября 2016 на Wayback Machine / Ventureboat, SEPTEMBER 3, 2015
  29. 1 2 [3]Архивная копия от 15 октября 2016 на Wayback Machine 龙芯3A2000/3B2000_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]
  30. Отличие модели 3B2000 от 3A2000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 4 процессоров на плату (4-way MP)
  31. 1 2 [4]Архивная копия от 31 декабря 2019 на Wayback Machine 龙芯3A3000/3B3000_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]
  32. Отличие модели 3B3000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 4 процессоров на плату (4-way MP)
  33. [5]Архивная копия от 22 октября 2016 на Wayback Machine 龙芯3A3000处理器芯片流片成功_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]
  34. 1 2 Godson 3A4000 / 3B4000. Loongson Technology Corporation Limited (27 декабря 2019). Дата обращения: 8 января 2020. Архивировано 12 января 2020 года.
  35. Отличие модели 3B4000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 8 процессоров на плату (8-way MP)
  36. В зависимости от частоты: <30W@1.5GHz <40W@1.8GHz <50W@2.0GHz
  37. Loongson released a new generation of processors. Loongson Technology Corporation Limited (27 декабря 2019). Дата обращения: 9 января 2020. Архивировано 13 января 2020 года.
  38. 龙芯3A5000/3B5000 (кит.). Дата обращения: 10 февраля 2022. Архивировано 10 февраля 2022 года.
  39. Index of pub/NetBSD/NetBSD-current/src/sys/arch/evbmips/gdium/index.html. Дата обращения: 14 мая 2010. Архивировано из оригинала 11 мая 2011 года.
  40. OpenBSD/loongson. Дата обращения: 14 мая 2010. Архивировано из оригинала 15 июня 2010 года.
  41. Port FreeBSD to Yeeloong in FreeBSD wiki. Дата обращения: 7 апреля 2011. Архивировано 4 июля 2010 года.
  42. Port FreeBSD to Yeeloong. Дата обращения: 7 апреля 2011. Архивировано 26 июня 2010 года.
  43. My CPU Is Loongson(Godson)!!! Архивная копия от 13 июля 2007 на Wayback Machine on blogspot.com
  44. loongson-laptop Архивная копия от 4 августа 2009 на Wayback Machine on cinnamonpirate.com
  45. The Search Engine that Does at InfoWeb.net Архивировано 27 сентября 2007 года.