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中国芯走向世界,龙芯牵手意法半导体

发布时间:2019-08-22 11:53编辑:航空航天浏览(91)

    【据《新浪科技》 2007年03月28日 报道】据内部人士证实,欧洲最大的半导体公司意法半导体已与中科院计算所敲定关于龙芯处理器的技术合作,双方将在下午举办相关合作签约仪式,届时多款龙芯产品将集体亮相。2006年12月25日,可靠信息透露意法半导体将出资3000万元,购买龙芯2E处理器5年的生产和销售权。意法半导体每销售一枚芯片,将向北京神州龙芯公司(以下简称“神州龙芯”)提交2美元“权利金”。神州龙芯是由中科院计算所和江苏综艺公司等共同投资创办的,致力于开发、销售具自主知识产权的龙芯系列CPU IP核和系列微处理器芯片以及相关产品。 2006年12月27日,神州龙芯宣布中科院计算所将就龙芯2E的生产和销售环节,与意法半导体展开合作,不过合作详情没有公布。中科院计算所所长李国杰曾向媒体证实,正式合作时间在2007年3月份。双方届时将在北京召开新闻发布会,公布合作详情。据了解,今天下午中科院计算所将与意法半导体一起亮相人民大会堂。除了举行一系列相关合作签约仪式,会议现场还将展示“龙芯2E”CPU芯片及相关产品。在此之前,中科院计算所还曾与意法半导体展开过多次合作。2006年6月,双方签订技术许可协议,该公司计划每年销售龙芯1000万颗以上。2006年10月26日,双方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。另据消息人士表示,今天下午现场不仅展出多款最新的龙芯产品,还将首次对产品进行集体招商,其中一些面向中小企业的低价节能产品将颇具竞争力。截稿前,该消息未得到官方证实。

    【据《 21世纪经济报道》 2007年01月04日 报道】有望解决产能和客户需求问题,“中国芯”真正融入全球产业链条今年春节,中科院计算所龙芯项目组的30多名核心开发人员将难与家人团聚——在正式宣布与意法半导体合作之前,他们将留下来把龙芯2E现有的问题全部解决。2007年元旦前,市场传出消息,中科院计算所已经选择和意法半导体合作龙芯2E。据消息人士透露,今年3月份,中科院将与意法半导体在人民大会堂联合召开新闻发布会,公布合作细节。中科院计算所所长李国杰在接受记者电话采访时确认了这一消息。“与意法半导体成功合作,这是中国芯片产业化突围的极大成功。”北京君正集成电路有限公司总裁刘强在接受记者电话采访时说。北京君正是中国众多微处理器设计厂商之一,其设计的微处理器已经广泛应用于通信行业。产业化新路径从2001年3月成立以来,龙芯项目组已成功开发龙芯1号和龙芯2的不同型号——龙芯2B、龙芯2C、龙芯2E。在产业化方面,龙芯曾与海尔合作推广机顶盒。海尔采用龙芯的芯片设计方案并做一些应用开发,然后交由芯片生产厂商生产,最后由海尔生产机顶盒。此外,龙芯还与信产部CSIP(信产部软件与集成电路促进中心)项目进行合作。CSIP主要为国产芯片企业提供服务,龙芯WinCE的BSP支持就由CSIP开发。而与意法半导体的合作,对龙芯来说,是一条新的路径。中科院计算副所长隋雪青向本报确认了计算所与意法半导体的授权合作模式——意法半导体每销售一颗龙芯CPU,将向中科院计算所交纳2美元的专利许可费。据记者了解,中科院计算所与意法半导体的合作始于一年前。早在2005年11月,龙芯2E设计方案就交付意法半导体进行流片;2006年3月中旬,计算所拿回芯片并联调成功;6月,中科院计算所与意法半导体签订技术许可协议,意法半导体计划每年销售龙芯芯片1000万颗以上。2006年10月26日,法国总统希拉克访华时签署的“中法联合声明”进一步强化了双方的合作,具体合作方式即意法半导体为龙芯的生产与销售提供支持。消息人士透露:双方合作的模式最终细化为,意法半导体对龙芯2E包产包销5年。“据公布的授权合作协议,中科院计算所在龙芯2E上一年可获2000万美元,这是中国芯片产业的第一大单。”刘强说,中国的芯片设计厂商此前根本无法想象这样的大单。除与意法半导体合作,龙芯产业化也在规模开展。目前,计算所已经在江苏常熟设立了“龙芯产业化基地”,与中科梦兰和中科龙梦合作——中科梦兰负责基于龙芯的“福珑迷你电脑”生产与销售渠道的开发,中科龙梦侧重研发。龙芯三块短板分析人士认为:尽管与意法半导体达成了合作,龙芯还需解决三个问题——用户在哪里;成本如何降低;如何寻找一个包括操作系统、核心应用平台、开发工具和各种应用软件在内的基于MIPS架构的产业群。该分析人士认为:龙芯作为计算机CPU,提供的是核心芯片,其集成度不高,解决不了接口问题。而CPU是作为核心内核,需要集成三方面设备接口:第一部分是人机接口,包括显示器接口,音频接口,键盘、鼠标接口;第二部分是存储接口,包括闪存,SD卡;第三部分是通讯接口,比如USB,以太网接口、打印机接口等。他同时指出:意法半导体的客户与渠道资源主要集中在消费类电子领域,但龙芯不太适合消费类电子——龙芯的功耗太高,不管是手持移动设备(GPS导航,学习机,MP3),还是非移动设备,要求的功耗均低于0.5瓦,而龙芯的功率在3-4瓦之间。中科院计算所方面认为,龙芯最大的市场在于廉价电脑。李国杰此前曾表示:“龙芯2的优势一是低功耗,一般CPU芯片功耗为20-100瓦,而龙芯2E只有3瓦;其次是低成本,因此龙芯2是穷人的CPU,主打经济适用计算机市场。”但业内人士指出,对于廉价计算机来说,龙芯的成本仍然偏高。廉价电脑价格一般在100美元以下,这要求计算机整机成本低于70美元,其中,芯片与芯片组的成本合计低于10美元。但龙芯的芯片加芯片组的成本接近50美元。另外,龙芯不是基于X86架构而是MIPS架构进行设计。目前计算机的软硬件都基于X86进行设计,包括英特尔、微软及应用软件厂商,而龙芯MIPS架构也需要一个类似的产业链支持,然而这样的产业链还不存在。尽管如此,低价电脑仍是龙芯重点进攻的领域。消息人士透露:计算所正在加速龙芯的研发,在2007年正式与意法半导体签约之前,解决降低成本的问题,而与意法半导体合作则意在解决MIPS架构产业群的问题。中国芯片业突围样板事实上,龙芯与意法半导体的合作模式不乏先例,最著名的例子就是SUN将芯片的生产销售委托给富士通、NEC等日本企业,使SUN最终成为与IBM、英特尔角逐市场的芯片巨头。上述分析人士认为,龙芯与意法半导体的合作,也给中国众多小型芯片设计公司提供了一个新的发展思路。该人士认为,此合作模式的意义在于解决了持续发展的资金问题。按每年收入2000万美元计,从2007年至2011年,中科院计算所5年内将获得1亿美元的收入。消息人士透露:龙芯今后每年的收益将投资于继续研发。此前,龙芯主要依靠国家863项目计划的支持,仅2005年和2006年的投入,每年都超过5000万元。刘强则认为,合作的更大成功是龙芯借意法找到了用户。中国IC设计产业最大的瓶颈就是没有用户。意法半导体拥有遍布全球的客户和渠道,特别是在数字电视接入设备与终端、汽车电子等领域拥有大规模的用户。而这些客户资源将成为龙芯的潜在客户。此外,刘强认为,与意法半导体合作,还能解决龙芯的生产能力问题,使“中国芯”真正融入了全球产业链条。此前,产能、客户都是本土芯片设计公司的最大难题。龙芯生产需要90纳米的工艺,而包括中芯国际在内的中国芯片厂商都无此能力。

    【据《市场报 》 2007年10月30日报道】日前,中国工程院院士、中科院计算技术研究所所长李国杰撰文称,龙芯2号系列的升级产品——龙芯2F系统芯片今年7月底流片成功,经过两个月的严格测试,没有发现任何设计错误,现已正式定型。根据与计算所签订的有偿授权协议,意法半导体公司最近已启动百万片量级的龙芯2F大规模生产,这标志着龙芯处理器又跃上了一个新台阶。 10月26日,江苏中科龙梦公司开始接受龙芯电脑和龙芯笔记本电脑预订。新产品将于2008年第一季度上市,其中采用龙芯2FCPU的福珑迷你电脑最低价格为1800元。此前,中科院计算所也与意法半导体公司合作,要把“龙芯2E处理器”推向欧洲甚至全球市场。 “龙芯1号”(英语:Loongson-1)是我国第一款自主开发的高性能通用CPU芯片,由中国科学院计算技术研究所于2002年研制成功,从而结束了中国无“芯”历史。 中央处理器是计算机系统的核心部件,负责整个系统指令的执行、数学与逻辑的运算、数据的存储与传送等。在CPU技术上,我们跟国外厂商有着较大的差距,缺乏具有自主知识产权的CPU芯片,曾经是困扰我国计算机产业的一大“芯”病。 人们不禁会问,一开始并不被人看好的龙芯,凭借什么走向世界? 打破无“芯”势在必行 其实,中国的集成电路产业起步并不晚,1965年我国已成功鉴定了第一块集成电路,但之后30年一直发展缓慢。尤其是在CPU方面几乎一片空白,这意味着我国电子产品(包括计算机、家电、手机等在内)的制造还处于国外的控制之下,我们仅能从事整机装配。一个长期无“芯”的国家,只能被动地选择全球产业链的下层位置。那么,中国人到底要不要做CPU? 中国信息产业2003年的GDP是1.8万亿元,利润750亿元,利润率4%;到了2005年,GDP已达2.8万亿,利润1300亿,利润率降低到3.4%;2006年,信息产业GDP达到4.75万亿,利润率也仅仅是3.4%。“这么大的一个产业,我们的利润率才这么高,中国内地前十强企业的平均利润率才2%-3%。我们不能只停留在产业链的末端,我们要掌握核心技术,国家有这样的需求。”龙芯项目组的负责人胡伟武博士表示,“中国必须发展可控的技术工业,这个是必然的。而且从国家战略上讲,信息产业、CPU无论如何是不能控制在外国人手里的。” 排除万难形成自主产权 在回答了“中国人到底要不要做CPU”的问题之后,接下来就是“有没有能力做”。不可否认,许多人曾被Intel强大的科研队伍以及雄厚的研发投入所震慑,对制造拥有自主产权的CPU持怀疑态度。而且,制造中国自己的芯片,不仅仅意味着时间与精力的成倍付出,更多的是这项选择本身承载着巨大的风险。制造芯片是高投入、高风险,但不一定有高回报,稍有失误便会前功尽弃。 正是在这种经不起太多失败的压力之下,研制“龙芯1号”的一年多,龙芯项目组不知道在机房度过了多少个不眠之夜,在最后关头甚至连续奋战了六天六夜。胡伟武的母亲见他时说道:“你做龙芯都做出白头发了。”2002年9月28日,中科院计算所研制的国内第一枚高性能通用CPU芯片——“龙芯1号”面世。可以说,这是在胡伟武的带领下,所有的研制人员一起用心血铸就了中国人自己的龙芯。 有网友称:“龙芯就是几十个不信邪的科研人员用有限的经费搞出来的,对此最难受的是一些将核心技术奉若神明的美国信徒和竞争对手。”2005年2月18日,龙芯2号处理器正式面世;2006年9月13日,“龙芯2E”通过了科技部验收。随着龙芯的不断发展,中国的芯片设计公司也如雨后春笋般快速发展起来。 差异化发展进军世界 跟龙芯芯片性能爆炸式的增长相比,龙芯的产业化进程低调得几乎悄无声息。因此,很多关心龙芯的人不禁要问:龙芯能拥有多大的用户群?龙芯产业化的目标是什么?龙芯会超越“奔腾”吗? Intel公司生产的CPU芯片在PC市场上占据了垄断地位,使“奔腾”在许多人心目中成为CPU芯片的代名词。其实,CPU的种类很多,而使用CPU的地方也不仅仅限于PC机。从未来的市场看,随着后PC时代的来临,传统PC在人们工作和生活中的地位将逐步降低,并被各种易用或便携的信息处理终端所代替。这就决定了龙芯进军个人电脑市场的道路,是一条与Intel、AMD完全不同的道路。 因此,龙芯不能只盯着当前已被瓜分殆尽的市场份额,而应根据未来应用发展的需要,开辟新的疆域。龙芯的相关负责人都在重申一点:“龙芯寻求的就是差异化的发展,行业市场会被重点关注”。龙芯个人电脑芯片的发展战略包括:CPU功耗做到2瓦以下,电脑芯片(包括CPU、北桥、南桥、图形芯片)总价格低于30美元,性能做到够用等;龙芯的行业市场包括税控、监控、甚至3C等领域。 目前,龙芯的产品已经引起了消费者甚至是厂商的关注,相信龙芯产品会越做越好,凭借意法半导体广泛的客户和渠道资源,这颗“中国芯”也将迅速融入到全球产业链之中。

    3A100集成了HT1.0*2,PCI控制器、LPC、SPI、UART、GPIO。集成72位DDR2/3控制器,引脚1121个,封装方式40mmx40mm FCBGA。

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    为了纪念建军80周年,龙芯2F代号为PLA80。龙芯2F包含5100万晶体管,主频800MHz,采用意法半导体90纳米工艺流片。在指令集上,完全兼容64位MIPS III。

    龙芯2I▲

    总结

    龙芯处理器在发展过程中,一度想要用做超算处理器,希望开发一款64核的众核处理器,命名为Godson-T。Godson-T由计算所先进微系统研究组研发,2008年已经在进行RTL验证在2008年12月开始RTL代码编写。2010年5月,GodSon-T的原型芯片16核GodSon-TI交付流片,采用130纳米工艺。2010年10月17日,调试成功。

    3.4 龙芯3A2000/3B2000

    采用130nm EFlash工艺制造,封装大小为12mm*12mm QFP80,功耗100uW。

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    龙芯1B主频200MHz,集成32位超标量处理器核,双发射乱序执行结构,支持MIPS 32指令集,5级流水线,具有一级指令缓存8KB和一级数据缓存8KB。采用130nm CMOS工艺制造,17mm*17mm BGA封装,有256个引脚,功耗< 0.5W。

    龙芯1E0100是一颗抗辐照CPU芯片,集成了1个GS232双发射32位处理器核,最高主频100MHz,有8KB数据缓存和8KB指令缓存,1个SDRAM控制器,32位PCI总线接口,NOR FLASH控制器,最大支持64MB; NAND FLASH控制器,最大支持128MB;一个SPI接口,2个UART接口,一个I2C接口,GPIO控制器,28个GPIO接口,支持看门狗功能。功耗不超过3W。

    5.2 Godson-X

    龙芯1A芯片主频266MHz,采用32位超标量GS232处理器核,双发射乱序执行,与MIPS 32指令集兼容;一级指令缓存16KB,一级数据缓存16KB。采用130nm CMOS工艺制造,采用23mm*23mm BGA封装,有448个引脚,功耗小于1W。

    2009年,美国著名杂志《连线》刊登了一篇题为《人民的处理器》的报道,报道中这样写道:

    龙芯2H▲

    在《龙芯的足迹》中《2006年回顾及2007年展望》一文中,胡伟武说“2005年我们面临的严峻形势赋予龙芯2E背水一战的悲壮色彩”,因此可以推测龙芯2D极有可能是一个流片失败的型号,或者是一个中途被放弃的型号。

    1.2 龙芯1A

    在该处理器上,使用了X86二进制翻译技术,提出了在MIPS平台上实现X86动态二进制翻译的方法。

    龙芯3B芯片布局▲

    龙芯3B芯片面积300mm2,晶体管数目接近6亿。

    龙芯龙芯3A1000 01版本▲

    3.2 龙芯3B1000

    2.12 龙芯2K2000

    3.3 龙芯3B1500

    龙芯3B1000于2010年6月20日左右流片,2010年11月底回来第一批芯片

    1.4 龙芯1C101/1C300

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    龙芯1A于2012年提供产品。龙芯1A可以作为龙芯其他处理器的桥片。

    A方案采用的商用寄存器堆设计出错,导致流片失败。B方案流片成功,2003年10月17日成功启动操作系统,最高频率为300MHz,功耗1W—2W。相同主频下,龙芯2B的性能已经超过了Pentium II,是龙芯1号的3~5倍。

    注意,龙芯1A与早期的龙芯1号是完全不同的产品,与龙芯1号的A方案也毫无关系。

    1. 龙芯1号系列

    龙芯1号处理器可以大致分为两类,一类是单发射的32位CPU,采用单发射顺序执行的GS132系列处理器核,主频在10MHz左右,主要当作单片机使用;一类是双发射的32位CPU,采用双发射乱序执行的GS232系列处理器核,主频在数百MHz,可以用做更高性能的嵌入式处理器,替代同等主频的ARM处理器。在2008年,龙芯一度准备砍掉GS132核,重点研发GS232和GS464处理器核。但后来,龙芯还是继续了GS132处理器核的研发,基于此CPU核开发了一系列的低端处理器。

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    龙芯2F于2007年7月31日流片成功。龙芯2F是龙芯第一款成功的商用处理器。

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    图片来源:中科院计算所2009年成果年报

    集成的其余IP模块如表所示。

    龙芯1C300A芯片▲

    3.8 龙芯3A5000/3C5000

    龙芯2H版图▲

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    根据龙芯处理器的早期发展历史,基本上每年有一款处理器流片。由于龙芯2C在2004年流片,而龙芯2E于2006年流片,可以推测龙芯2D应该是在2005年流片的产品。在中科院微电子所的黄令仪研究员的回忆文章中,提到了她参与了龙芯2D的物理设计。

    3B1000的第一次改版2011年2月初流片,7月初回来。龙芯3B1000进行了第二次改版,于2011年12月初流片,2012年4月底回来。

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    16位HT 3.0接口,2D/3D GPU,显示控制器,支持双路DVO显示,16位DDR3显存控制器,3个X8 PCIE 2.0接口,每个X8接口都可以拆分为2个独立的X4接口。2个X4 PCIE 2.0接口,可以拆分为6个独立X1接口。3个SATA 2.0, 6个USB 2.0, 2个RGMII千兆网接口,HDA/AC97,RTC/HPET模块,1个全功能UART控制器,6个I2C控制器,1个LPC控制器,1个SPI控制器,多个GPIO引脚。

    2.10 龙芯2J1500

    龙芯2H于2012年流片,2013年提供样片,2014年提供产品。龙芯2H的流片标志着龙芯全面掌握了复杂SOC的设计能力。龙芯2H的特点是大而全,集成了很多的功能,芯片设计很复杂,但缺少对特定应用的优化。

    龙芯3A200A▲

    龙芯1C300主频300MHz,采用双发射乱序执行32位超标量处理器核,与MIPS 32指令集兼容;一级指令缓存16KB,一级数据缓存16KB。采用130nm CMOS工艺制造,封装方式20mm*20mm QFP176,功耗<0.5W。

    税控SoC体系结构▲

    Godson-T处理器▲

    龙芯3A3000处理器▲

    龙芯LS2K1000B▲

    龙芯3B1500版图▲

    1. 龙芯从未公布的隐藏处理器

    龙芯3A1000于2008年底交付流片,采用意法半导体的65nm工艺流片. 2009年5月20日龙芯3A1000晶圆生产下线,9月28日样片回来,成功启动操作系统,主频800MHz-1GHz

    龙芯龙芯3A1000 02版本▲

    2006年9月13日,以长征胜利70周年命名为CZ70的龙芯2E通过科技部组织、时任科技部部长徐冠华亲自参加的验收。龙芯2E是中国大陆首款采用90纳米技术设计的处理器,晶体管数目4700万,主频最高可以达到1GHz。龙芯2E的芯片面积6.8mm*5.2mm,只有Intel奔腾4的1/4。龙芯2E样机实测SPEC CPU2000分值为定点503分,浮点503分,最高双精度浮点运算速度为3.99GFlops。龙芯2E的性能是龙芯2C的三倍,达到中低档Intel奔腾IV处理器的水平。在龙芯2E的优化设计过程中,意法半导体与龙芯进行了合作。

    龙芯2G是在“龙芯安全适用计算机CPU研制与应用”核高基重大专项课题支持下研发的,2008年开始投入设计,但由于龙芯当时2G项目和3A项目同时进行,存在重叠,影响了研发进度。2010年研制成功。龙芯2G采用65纳米工艺,主频1.0GHz,晶体管数目1亿,指令集兼容MIPS64,且增加了X86二进制翻译加速指令,以及龙芯媒体扩展指令,有64KB的指令和64KB数据的L1缓存,以及1MB的L2缓存,功耗3W。

    龙芯3A1000集成了4个四发射乱序执行的GS464核,9级流水线,有64KB一级数据cache和64KB一级指令cache,4MB共享二级cache,最高主频1GHz,功耗15w,芯片面积174mm2,晶体管数目4.25亿。每个CPU核包含两个浮点乘加部件,双精度浮点性能峰值为16GFlops。在龙芯3A1000处理器中,实现了x86二进制翻译加速指令。

    1.1 龙芯1

    龙芯2号处理器都是64位处理器,早期的型号是4发射乱序执行的64位GS464系列处理器核,后来新出的处理器升级为采用GS464E处理器核。龙芯2K处理器是双发射乱序执行的GS264处理器核的64位双核处理器。龙芯2GQ则是一款4核处理器。

    龙芯3B1000▲

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    龙芯2GP后来更名为龙芯2I。

    澳门金莎娱乐网址,龙芯1D▲

    龙芯2H是龙芯2G处理器与龙芯1A的后继产品,其目标是为安全适用计算机提供单片解决方案。龙芯2H采用65nm工艺实现,主频达1GHz以上。主要用于网络设备等。兼容MIPS64指令集,支持X86二进制翻译指令集。有64KB的指令L1 cache和64KB的数据L1 cache,512KB的L2 cache。集成了GS232V媒体处理IP。

    龙芯2G相当于龙芯3A1000的单核版本。

    由于龙芯2E的北桥使用FPGA实现,成本较高,该处理器没有大规模量产。

    为了纪念胡伟武的导师夏培肃院士90岁寿辰,龙芯1C的代号为XPS90。

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    2.3 龙芯2D

    5.1 Godson-T

    龙芯3B的最大特色是龙芯向量处理器核的设计,该处理器核将GS464核的的浮点部件和浮点寄存器堆替换为2个256位的向量处理部件和1个128x256位的向量寄存器堆,使龙芯3B在1GHz下的峰值双精度浮点计算能力达到128GFlops。在龙芯3B处理器中,实现了300多条专用的向量处理指令。

    龙芯3A4000采用的GS464EV微结构▲

    在接口上,有HT2.0*2,PCI、LPC、SPI、UART、GPIO,72位DDR2/3控制器。

    龙芯7A1000型桥片是龙芯3号处理器的第一款芯片组产品,目标是替代AMD RS780 SB710芯片组,为龙芯处理器提供南北桥功能。主要特点为:

    2.11 龙芯2K1000

    2.7 龙芯2H

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    2.5 龙芯2F/2F-1000

    龙芯2号的寄存器堆设计有两个方案,A方案采用商用寄存器堆,在台积电流片;B方案采用微电子中心设计的寄存器堆,在中芯国际流片。

    龙芯3B由核高基项目课题“高性能多核CPU研发与应用”支持,采用意法半导体65纳米工艺设计,主频1GHz,功耗25W,片内集成8个64位四发射乱序执行龙芯向量处理器核GS464V,4MB的二级cache,每个核包含两个256位向量部件,峰值浮点性能达到128GFLOPS。。

    龙芯1A▲

    Imagine that your nation is entirely dependent on a belligerent and economically unstable foreign country for a precious commodity. Imagine that without that commodity, your entire society would grind to a halt. Got it? OK, now imagine that your nation is China, the belligerent nation is the US, and the commodity is CPUs.

    龙芯1号采用0.18微米CMOS工艺进行流片,主频266MHz,单发射32位,片内400万晶体管。采用类MIPS III的RISC指令集,具有七级动态流水线、32位整数单元和64位浮点单元。整体的性能低于Intel Pentium II。为了纪念胡伟武的导师夏培肃先生从事计算机事业50周年,“龙芯一号”被命名为“夏50”。

    龙芯3A3000/3B3000主频1.2Hz–1.5GHz,为4核处理器,采用4个四发射乱序执行的64位超标量处理器核,支持MIPS64指令集,支持龙芯扩展指令集,采用12级超标量流水线;每核有2个定点单元、2个浮点单元和2个访存单元。每个处理器核包含64KB私有一级指令缓存和64KB私有一级数据缓存;每个处理器包含256KB私有二级缓存;所有处理器核共享8MB三级缓存。

    龙芯3B1500在2012年1月中旬完成设计并交付流片。2012年8月底拿到样片。后来,工艺从32nm迁移到28nm,于2013年4月底流片,10月底收到样片,但流片并不成功,后来又恢复到32nm工艺流片,并以某种方式补偿此次流片费用,于是又再次改版,于2015年1月底流片,2015年6月下旬收到样片。

    集成的接口有HT3.0*2,PCI控制器、LPC、SPI、UART、GPIO,72位DDR2/3-1600*2,支持ECC。

    龙芯7A1000桥片▲

    1. 龙芯桥片

    3.5 龙芯3A1500

    龙芯所有量产的处理器,均采用的是MIPS指令集。但是,由于主流桌面处理器市场上使用的是x86指令集,基于知识产权和专利等原因,龙芯无法使用x86指令集。为了实现对现有生态的兼容,龙芯3A系列实现了针对x86指令和arm指令的二进制翻译指令。在研发过程中,龙芯开发了使用x86指令集的处理器原型Godson-X。。

    龙芯3号处理器的微结构分为GS464, GS464E,GS464V以及GS464EV。

    龙芯2J1500▲

    龙芯2E在2005年11月底交付流片,2006年3月18日流片成功。

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    龙芯2J▲

    龙芯1D主频8MHz,采用单发射按序执行32位处理器核,与MIPS 32指令集兼容;片上存储为4KB 1KB SRAM和64KB Flash。

    龙芯1号▲

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    龙芯1B是龙芯根据市场调研,研发的一款面向嵌入式市场的处理器。龙芯1B可以被视为是龙芯1A的简化版,是龙芯在嵌入式处理器研发上继续做减法的产物。龙芯1B于2011年流片成功,先于龙芯1A。

    龙芯1B是龙芯历史上第一次从全系统的角度来考虑降低成本的芯片。

    龙芯3A1000进行了第一次改版并于2010年5月中旬流片,10月底第一次改版流片成功。3A1000的第二次改版于2012年2月下旬流片,2012年8月中旬流片成功。

    龙芯2B▲

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    龙芯2GQ是龙芯2G的量产版,是一款四核处理器。龙芯2GQ与龙芯3A1000的区别在于龙芯2GQ不支持多路互联。

    试想,一个国家需要完全依靠从一个与之有着战事冲突或经济往来不稳定的国家进口某种珍贵商品,而且,如果没有这种商品,其整个社会将被迫停顿。这个国家是中国,与之有着战事冲突的国家是美国,而该商品就是CPU。

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    龙芯1B▲

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    龙芯3B1000芯片布局和向量核结构框图▲

    龙芯3A2000于2014年11月初交付流片;2015年4月10日,拿到盲封样片。2015年8月18日,龙芯召开发布会,正式发布新产品。2015年9月和2016年3月分别进行了第一次改版设计和第二次的改版设计。

    龙芯2G▲

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    根据龙芯内核资深维护者flygoat的分析,龙芯2I是龙芯2GP0800D的另外一个代号。关于龙芯2I的资料很少,下图为《中国正在说:芯芯之火可以燎原》节目中的截图,其中提到了龙芯2I。

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    由于龙芯将研发重点重新转向提高处理器单核性能,Godson-T处理器研发中止。

    除了龙芯1号、2号、3号三个系列的处理器,在龙芯的发展过程中还开发了一些实验型的处理器,并没有量产,有些甚至没有流片。我们找到了几个这样的处理器。

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    龙芯3A芯片版图▲

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    龙芯2K2000是计划中龙芯2K1000的升级版,预计采用28纳米工艺生产,主频将达到2GHz。

    最大的特点之一是有12个UART接口。

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    龙芯2E▲

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    龙芯处理器按照其为结构,分为四类,分别是单发射32位,双发射32位,四发射64位以及双发射64位。按照处理器的性能、核数等分为龙芯1号小CPU,龙芯2号中CPU以及龙芯3号大CPU。

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    为了纪念毛主席诞辰110周年,龙芯2B代号MZD110。龙芯2号的性能是之前研制成功的龙芯1号的3倍,超过了相同主频的奔腾II的性能。

    龙梦1号▲

    该处理器同样没有任何可以公开的清晰照片。

    GS464E微结构图▲

    5.3 龙梦一号

    龙芯3A2000处理器集成了4个四发射乱序执行64位GS464E处理器核,也是首款采用GS464E微结构的处理器。采用中芯国际40纳米CMOS工艺生产,主频800~1000MHz,在1GHz下SPEC CPU2006分数为6.9分。封装方式FCBGA,1121引脚,封装大小40mm×40mm。

    龙芯2J是JP处理器,按JF需求定制,使用65纳米工艺流片,集成了一个四发射乱序执行GS464处理器核,主频800MHz。有64KB的L1指令缓存和64KB L1数据缓存,1MB的L2缓存,集成了2个GMAC控制器,64 8位DDR2/3内存控制器,32位PCI/PCIX控制器,LPC、SPI、UART等接口。龙芯2J是被用户单位总师评价为,“已知范围内性能最高,设计最复杂的JP CPU”。该处理器没有可公开的清晰照片。

    龙芯下一代高性能,预计2019年年底或2020年年初流片.采用3A4000的处理器微结构GS464EV,采用14/12nm工艺流片,主频提升到2.5GHz。3A5000依然是4核处理器,而3C5000将是一款16核处理器。

    龙芯原本计划推出一款16核的龙芯3C处理器,后来由于战略调整,取消了原龙芯3C的研发,缩水成8核的龙芯3B1500。龙芯3B1500集成了8个四发射乱序执行的64位GS464V处理器核,9级流水线,每个处理器核有64KB的私有一级指令cache和64KB的私有一级数据cache,128KB私有二级cache,有8MB三级共享cache,采用中芯国际32纳米工艺生产,芯片面积180mm2,晶体管数11亿,主频1.5GHz,采用倒装焊球栅阵列(Flip-Chip BGA)封装,芯片引脚数1121,封装大小40mm×40mm。单芯片双精度浮点计算能力达到192GFlops。功耗30w/60w。

    5.4 GS32I-400 SOC

    抗辐照指标:抗辐照总剂量R级>=100 Krad,抗辐照总剂量F级>=300Krad,单粒子翻转率<=1x10-10>=75Mev Cm2/mg

    中国是一个大国,一定要有自己的处理器。作为国产通用处理器的代表产品,龙芯从2001年至今已经开发了18年,开发了龙芯1号、2号、3号三个处理器系列,并且龙芯处理器在党政军办公、工业控制、军事、航天等很多领域已经得到了广泛的应用。但和主流的X86、ARM处理器相比,龙芯仍然是不为人所熟悉。

    在龙芯发展的18年里,龙芯公司都开发了哪些处理器?它们的研发历史是怎样的,性能又是怎样的?目前,不管是龙芯的白皮书、学术期刊、还是各种媒体,都没有对此有详细的介绍。在本文中,我们将试图基于公开的各种文献,对龙芯处理器家族中的处理器做一个详细的介绍。

    综上所述,龙芯在其18年发展历程中,形成了一个相对完整的处理器家族,龙芯处理器可以应用于智能水表、智能门锁、航天应用、石油钻探、工业控制、网络安全、桌面办公等各种领域,为我国军工、航天、石油勘探等领域提供了重要的技术支持。期待下一代龙芯的高性能处理器龙芯3A4000早日发布,期待更高性能的3A5000和3C5000处理器早日流片。

    集成共享的1MB二级cache;集成GPU,显示控制器,支持双路DVI显示。集成64位533MHz以上的DDR2/3控制器,1个SATA 2.0接口,4个USB 2.0接口,2个RGMII千兆网接口,集成HDA/AC97/I2S接口,集成RTC/HPET模块。集成最多4个UART控制器,1个NAND控制器,2个CAN控制器,1个SDIO控制器。

    集成了64位DDR3控制器,2个GMAC控制器,2个X4 PCIE控制器,可以配置为6个X1模式。

    龙芯2C是龙芯2B的优化版本。在上海中芯国际利用0.18微米CMOS工艺进行了多次成功流片,2004年9月28日流片成功,定型芯片主频为500MHz。龙芯2C的性能是之前研制成功的龙芯2B性能的3倍,达到了相同主频的奔腾III的性能。为了纪念邓小平诞辰100年,龙芯2C的代号为DXP-100。

    1. 龙芯3号系列

    龙芯下一代高性能处理器,采用龙芯最新研发的GS464EV微结构。尽管龙芯3A4000仍然采用28nm工艺,但主频提高到2.0GHz,综合性能是上一代3A3000的两倍。目前已经流片成功,正在进行测试。据小道消息,龙芯3A4000进展顺利。

    1. 龙芯2号系列

    基于龙芯2E的成功,意法半导体还花三百多万美元授权费购买了龙芯2E/2F的生产和销售授权,开创了我国计算机核心技术对外授权的先例。

    龙芯3A3000的综合性能相当于Intel J1900处理器。

    搭载龙芯2GQ的笔记本电脑▲

    和龙芯3A2000相比,除了流片工艺从中芯国际的40纳米提升到意法半导体的28纳米CMOS工艺,处理器的三级cache也从4MB提高到8MB。峰值浮点性能24GFlops。封装40mm*40mm BGA封装,1121个引脚,典型功耗<40W@1.5GHz。

    龙芯1C101主频8MHz,采用单发射按序执行32位处理器核,采用130nm工艺制造,封装大小12mm x 12mm,引脚数64,封装方式QFP64。功耗16.5mW/16.5μW。

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    1.5 龙芯1D

    2013年推出的龙芯1C针对指纹生物识别应用。

    2014年推出的龙芯1D是龙芯根据用户需求,与三川智慧合作,为智能水表、气表、量热表定制的一款超声波计量专用芯片。

    龙芯1号于2000年开始研制,2001年8月19日龙芯1号逻辑设计在FPGA平台上运行起来。因此,8月19日被定为龙芯的生日。龙芯1号的物理设计有三个版本,A方案由龙芯委托第三方进行设计,B方案为一个实验性流片的方案,C方案为量产方案。2002年8月10日,龙芯1号成功点亮了操作系统,8月29日龙芯1号成功启动操作系统。

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    GS32i-400处理器▲

    中科龙梦使用早期的龙芯1号的IP核,开发了龙梦一号SOC,用于税控机(Fiscal controller register)。该税控SoC专用芯片以“龙芯1”处理器核作为MCU,采用AHB(the Advanced High performance Bus) APB(the Advanced Peripheral Bus)为片上总线。

    龙芯2F▲

    2.8 龙芯2I

    这个项目从2005年7月开始。Godson-X处理器的设计初步目标是与x86指令兼容的FPGA原型处理器,并能在FPGA原型处理器中启动Windows XP。因此第一步,先进微系统研究组精心设计了微架构的Godson-X。Godson-X是一款基于Godson-2设计的4发射超标量X86处理器。它与x86兼容,并支持英特尔MMX指令,SSE指令集和x87浮点指令。第二步,通过Cycle级的模拟程序实现,模拟了处理器中每一拍运行的状态。在此之后,先进微系统研究组用模拟器尝试启动Windows XP。最后,先进微系统研究组的RTL调整和FPGA仿真完成时间为2006年7月。该处理器只有FPGA原型,从未流片。

    4.1 龙芯7A1000

    GS32I是根据龙芯2号设计的一款SOC芯片,主频400MHz,集成16K数据缓存和16K指令缓存,封装大小19mmx19mm,424针BGA封装。内部接口上,集成了PCI控制器,两个百兆网控制器,USB,AC97控制器,PCMCIA控制器,SDRAM控制器和EPROM控制器。

    在接口上,龙芯3A200集成了两个HT3.0接口,PCI控制器、LPC、SPI、UART、GPIO,72位DDR2/3-1333×2控制器。

    龙芯2K1000是一款双核处理器,采用了双发射64位的GS264微结构,40nm工艺生产,商业级芯片主频1GHz,工业级芯片主频800MHz。龙芯2K1000处理器是龙芯2H的升级芯片,其计算性能和IO带宽比龙芯2H都大幅提高。龙芯2K1000主要面向网络通信应用,兼顾平板及工业控制领域。

    2017年4月26日,龙芯公司召开发布会,正式发布龙芯3A3000处理器。

    3.7 龙芯3A4000/3B4000

    3.6 龙芯3A3000/3B3000

    2.2 龙芯2C

    即将发布的龙芯3A4000将不再采用AMD的RS780芯片组,而采用龙芯7A作为桥片,避免在桥片的选择上受制于AMD。

    龙芯3A2000B▲

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    龙芯3B3000处理器▲

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    龙芯3A3000于2016年2月中旬交付流片, 6月中旬拿到盲封芯片.2016年10月17日,龙芯3A3000可以进入批量生产状态.

    龙芯2H既可以作为独立SOC,还可以作为HT接口的南桥芯片。

    龙芯2J0800▲

    龙芯3号处理器均为4发射64位多核处理器。目前,除了龙芯3B1500处理器为8核,其他的龙芯3号处理器均为4核。龙芯3C5000处理器会将处理器核数提高到16。

    GS464E处理器核是GS464的改进版,集成了64KB一级指令cache,64KB一级数据cache,256KB二级cache和4MB三级cache。特别需要指出的是,GS464E处理器核的stream性能有了大幅提升,单核STREAM性能达到6.3GB/s,是龙芯3A1000的20倍。流水线从GS464的9级提高到了12级。峰值浮点性能16GFlops。

    龙芯1A是2011年左右,龙芯根据市场调研,研发的一款面向嵌入式市场的处理器。龙芯1A处理器,从其设计思路看来,可以视为是对龙芯2H做减法的一个产物。

    2.6 龙芯2G/2G /2GQ/2G-2000

    2.4 龙芯2E

    1.6 龙芯1E0100

    龙芯2H最初设想的应用是上网本,但随着上网本市场的消失,并没有在该领域应用。龙芯2H主要用在工控领域,以及包括防火墙在内的网络安全领域。

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    2.1 龙芯2A/2B

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    龙芯3B1500▲

    龙芯2号的设计从2002年7月开始,采用4发射和乱序执行结构的设计,64位设计,7~10级流水线。

    1.3 龙芯1B

    龙芯LS2K1000A▲

    2.9 龙芯2J0800

    含有1个超声脉冲发生器,1个模拟比较器,1个时间数字转换器。

    采用龙芯2F处理器的福珑迷你电脑,以及8089A/D笔记本电脑,曾经大量面向爱好者销售。至今,仍有大量的龙芯爱好者持有这两种产品。

    龙芯2J1500是龙芯2J的升级版,集成1个四发射乱序执行单核处理器核。和2J0800相比,处理器核从GS464升级到GS464E,工艺从65纳米提升到40纳米,性能有了很大的提升,虽然主频仍为800MHz,但计算能力提高1~2倍,功耗大大降低。2016年提供样片。

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    龙芯2C,代号DXP-100▲

    3.1 龙芯3A1000

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    搭载龙芯1C300B的智龙开发板▲

    龙芯3A1500是龙芯3A2000的陶封版本,是工业级和JP级芯片,采用中芯国际40纳米LL技术流片,主频为700~1000MHz,推荐工作主频800MHZ。由于该芯片是JP芯片,没与可以公开的图片。

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