Loongson

Loongson — универсальная микропроцессорная архитектура, разработанная Академией наук Китая с целью создать альтернативу изделиям от Intel и AMD. Главный конструктор — профессор Ху Вэйу (Weiwu Hu) из Института компьютерных технологий. Хотя первоначальное название архитектуры — Godson — было изменено на Loongson, процессор, в отличие от архитектуры, по-прежнему часто называют Godson.

Логотип процессора

В 2002 году тремя организациями — Институтом компьютерных технологий, Академией наук Китая и группой Jiangsu Zhongy Group — была основана компания (корпорация) BLX IC Design Corporation (Пекин), которая занимается разработкой 32- и 64-разрядных версий процессора, в том числе и встраиваемой версией, а также программного обеспечения для него и демонстрационных моделей.

В стадии проектирования находятся ещё две разработки — Longmeng и Sinomanic.

Название

Первоначально разработка называлась Godson, что по-английски означает «крёстный сын». Затем был предложен вариант Loongson, что можно перевести как «сын дракона».

История развития

Набор команд первых процессоров был фактически совместим с архитектурой MIPS.

В марте 2006 года на выставке Computex 2006 в Тайбэе было объявлено о работах по созданию на основе процессора Godson II прототипа полноценного компьютера Longmeng («Сон дракона»). Компания Yellow Sheep River также заявила о разработке устройства Municator YSR-639, компактного компьютера на базе 400 МГц Godson II.

Версия 2E
Компьютер Fulong MiniPC на основе процессора Loongson

В сентябре 2006 года было объявлено о разработке версии Loongson IIE (Godson IIE), содержащей 47 млн транзисторов, также 64-битной, работающей на частоте 1 ГГц и поддерживающей набор команд MIPS III.

Согласно опубликованным разработчиками результатам тестирования, китайский процессор в состоянии соперничать с Pentium 3, лишь иногда превосходя его.

Сотрудничество с STMicroelectronics

В марте 2007 году был сделан важный шаг — компания STMicroelectronics приобрела лицензию MIPS на юридически корректный массовый выпуск микропроцессоров семейства Godson. Выпускаемая модель рассчитана на 1 ГГц и 90-нм технологический процесс. Это стало возможным благодаря STMicroelectronics; в самом Китае тогда не было фабрик с такой технологией (все предыдущие варианты выпуска основывались на 180-нм процессе и достигали скорости лишь в 500 МГц). На сайте компании приведены следующие характеристики процессора Loongson 2Е[1]:

  • суперскалярная архитектура;
  • 64-битная архитектура, four-issues out-of-order;
  • типичная частота 700 МГц;
  • 64 КБ кеш-память команд; 64 КБ кеш-память данных;
  • 512 КБ кеш-память 2-го уровня (L2);
  • контроллер DDR-памяти на кристалле;
  • лучшее потребление энергии в своём классе — 4 Вт TDP при 700 МГц
  • архитектура MIPS
  • технологический процесс 90 нм.

По заявлению компании STM, опытные партии уже поставляются отдельным заказчикам, лицензия на постоянный выпуск получена на ближайшие 5 лет[2].

Несмотря на то, что процессор содержит 47 млн транзисторов (для сравнения, в Pentium 4 — 42 млн), он потребляет всего 3—8 Вт. На конец 2006 г. было запланировано усовершенствование процессора до версии 2F, которая принесёт на 30 % большую производительность и 50%-ю экономию потребляемой энергии; его промышленное производство должно начаться до 2008 г. 13 ноября 2006 Китайской академией наук было объявлено о готовности Godson 2E к массовому производству. Директор Института компьютерных технологий Академии наук Китая Ли Гоцзе (李国杰) рассказал журналистам, что скачок в возможностях между вариантами 1 и 2В процессора был двукратным, а между 2В, 2С и 2Е — трёхкратным. Он заявил, 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».

Заявлено, что компьютеры на основе 600-МГц Godson 2E продаются в Китае по цене 1599 юаней (ок. 200 долл. США) без монитора, мыши и клавиатуры.

Особенности архитектуры

Loongson I

Первое поколение, Loongson I, представляет собой 32-разрядный процессор, 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 г.

Loongson II

Второе поколение, Loongson II, является 64-разрядным. Изначально работал на частоте 500 МГц. Версия процессора 2Е рассчитана на увеличенную тактовую частоту 1 ГГц. Версия процессора Godson-2F работает на частоте 1,2 ГГц. Исследования[3] показали, что данный процессор является архитектурно совместимым с процессором MIPS R10000, но производитель не имел лицензии на реализацию архитектуры MIPS.

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

Loongson III

Поколение Loongson III разрабатывается с расчётом на работу на 1 ГГц и несколько (от 4 до 16) ядер. В 2011 году Китай объявил о выпуске процессора Godson 3b с пиковой производительностью 128 Гфлопс, потребляющего всего 40 Вт электроэнергии.

Расширения наборов инструкций

В архитектуре GS464E (начало-середина 2010-х) были полностью реализованы команды MIPS64 Release 3. Дополнительно к ним были созданы расширения:[4]

Набор инструкций GS464E иногда называют LoongISA.

Микроархитектура LoongArch

Архитектура LoongArch будет во всех процессорах Loongson, которые разрабатываются с 2020 года. Об анонсе архитектуры LoongArch и переводе процессоров Loongson на новую архитектуру с одновременным отказом от микроархитектуры MIPS было объявлено в апреле 2021 года.
Новая система команд в LoongArch поддерживает около 2000 инструкций и включает в себя все необходимые расширения, включая векторные инструкции, виртуализацию и двоичную трансляцию. Она может транслировать в понятные процессорам Loongson коды команды всех ведущих операционных систем и приложений. (процессоры Loongson на архитектуре MIPS теряли на трансляции до 20 % производительности).[5]

Новые 12-нм процессоры Loongson 3A5000 на микроархитектуре LoongArch поступят в массовое производство летом 2021 года.

Спецификация процессоров
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 200MIPS 32-bit20021180----18/8нет нет19/25 [SPEC CPU2000]
Godson-2 2B 250MIPS-III 64-bit20031180------32/32нет нет52/58 [SPEC CPU2000]
2C 450MIPS-III 64-bit2004118013.541.5--64/64нет нет 159/114 [SPEC CPU2000]
STLS2E 1000MIPS-III 64-bit20061904736764/64512 нет 503/503 [SPEC CPU2000]
STLS2F 1200MIPS-III 64-bit20071905143564/64512 нет --
L2G 1000MIPS642010165------64/641024 нет --
Godson-3 STLS3? 1000MIPS642009465400+--1064/642048 нет --
Loongson 3A1000[6] STLS3? 1000MIPS64 (GS464)2010465----1564/644096 нет 16 GFLOPS пиковой производительности[6]
Godson-3b[7] STLS3? 1000MIPS642011865600+3004064/642x2048 нет 128 GFLOPS пиковой производительности
Loongson 3B1500[7][8] 1200MIPS64 (GS464)2014?832114018230/60[9]64/648x128 8150 GFLOPS пиковой производительности[8]
Loongson 3A2000[10][11] 800-1000MIPS64 (GS464E)2014440----1564/644х256 416 GFLOPS пиковой производительности[11]
Loongson 3B2000[12] 800-1000MIPS64 (GS464E)2014440----1564/644х256 4До 16 GFLOPS
Loongson 3A3000(3B3000)[13][14] 1350-1500MIPS64 (GS464E)2016428----3064/644х256 8До 24 GFLOPS[13]
11 int / 10 fp по тесту SPEC CPU2006[15]
Loongson 3A4000(3B4000)[16][17] 1500-2000 MIPS64 (GS464v) 2019 4 28 -- -- 30-50[18] 64/64 4х256 8 До 128 GFLOPS на частоте 2 ГГц[16]
~20 очков по SPEC CPU2006[19]
Loongson 3A5000(3B5000)[20] 2300-2500 loongarch64 (GS464V) 2021 4 12 -- -- 35 64/64 4x256 16 До 160 GFLOPS на частоте 2.5 ГГц

Операционные системы

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[21], OpenBSD[22]]. Ведётся работа по подготовке версии Slackware Linux; также в рамках проекта Google Summer of Code 2010 закончилась работа по портированию FreeBSD[23][24].

С некоторой информацией о практическом использованием можно ознакомиться в блогах «My CPU is Loongson»[25] и «CinnamonPirate»[26].

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[27].

Примечания
  1. Loongson // STMicroelectronics
  2. Newsroom // STMicroelectronics
  3. http://www.in-stat.com/press/05/MDR_7_25_05.asp (недоступная ссылка). Дата обращения: 29 января 2009. Архивировано 29 ноября 2006 года.
  4. New MIPS64-based Loongson processors break performance barrier — Imagination Blog (недоступная ссылка). Дата обращения: 22 сентября 2015. Архивировано 27 сентября 2015 года.
  5. Loongson выпустит первый процессор на китайской архитектуре LoongArch не позже июня] // 23.04.2021
  6. 龙芯3A1000_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]
  7. Китай готовит новый собственный процессор для ПК и серверов, 3DNews 24.11.2012
  8. 龙芯3B1500_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]
  9. 30 Вт под «типичной» нагрузкой, 60 Вт при использовании оптимизированного векторного кода (SIMD)
  10. China’s Loongson makes a 64-bit Mips processor that runs x86 and ARM code / Ventureboat, SEPTEMBER 3, 2015
  11. 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]
  12. Отличие модели 3B2000 от 3A2000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 4 процессоров на плату (4-way MP)
  13. 龙芯3A3000/3B3000_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]
  14. Отличие модели 3B3000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 4 процессоров на плату (4-way MP)
  15. 龙芯3A3000处理器芯片流片成功_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]
  16. Godson 3A4000 / 3B4000. Loongson Technology Corporation Limited (27 декабря 2019).
  17. Отличие модели 3B4000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 8 процессоров на плату (8-way MP)
  18. В зависимости от частоты: <30W@1.5GHz <40W@1.8GHz <50W@2.0GHz
  19. Loongson released a new generation of processors. Loongson Technology Corporation Limited (27 декабря 2019).
  20. 龙芯3A5000/3B5000 (кит.).
  21. Index of pub/NetBSD/NetBSD-current/src/sys/arch/evbmips/gdium/index.html (недоступная ссылка). Дата обращения: 14 мая 2010. Архивировано 11 мая 2011 года.
  22. OpenBSD/loongson (недоступная ссылка). Дата обращения: 14 мая 2010. Архивировано 15 июня 2010 года.
  23. Port FreeBSD to Yeeloong in FreeBSD wiki
  24. Port FreeBSD to Yeeloong
  25. My CPU Is Loongson(Godson)!!! on blogspot.com
  26. loongson-laptop on cinnamonpirate.com
  27. The Search Engine that Does at InfoWeb.net Архивировано 27 сентября 2007 года.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.