Loongson
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.
История
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».
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
Loongson I
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.
Loongson II
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].
Loongson III
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
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
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
| 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
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
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ China's Microprocessor Dilemma
- ↑ The Linley Group - China's Microprocessor Dilemma.
- ↑ MIPS Technologies Licenses MIPS64 Architecture to STMicroelectronics Архивировано 19 января 2013 года.
- ↑ 1 2 Newsroom - STMicroelectronics. Архивировано 1 декабря 2008 года.
- ↑ Godson-3 Emulates x86
- ↑ China's Institute of Computing Technology Licenses Industry-Standard MIPS Architectures Архивировано 7 июля 2012 года.
- ↑ 1 2 3 Houweling, Elles (29 June 2021). "China-backed Loongson chip manufacturer files for IPO". Verdict. Дата обращения: 2 августа 2021.
- ↑ 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.
- ↑ http://www.in-stat.com/press/05/MDR_7_25_05.asp. Дата обращения: 29 января 2009. Архивировано из оригинала 29 ноября 2006 года.
- ↑ 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.
- ↑ Китай запретил поставки собственных процессоров в Россию и другие страны Архивная копия от 13 декабря 2022 на Wayback Machine // 13 декабря 2022
- ↑ Zhou Shuchang. Open64 on MIPS: porting and enhancing Open64 for Loongson II (2009). Дата обращения: 29 июля 2021.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ "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.
- ↑ Chen, Huacai arch: Add basic LoongArch support [LWN.net]. lwn.net. Дата обращения: 28 июля 2021.
- ↑ Herrera, Jaime Loongson 3A6000: análisis de la arquitectura y benchmarks (исп.). Guiahardware. Дата обращения: 30 ноября 2023.
- ↑ Shilov, Anton (16 April 2021). "Loongson Technology Develops Its Own CPU Instruction Set Architecture". Tom's Hardware (англ.). Дата обращения: 28 июля 2021.
- ↑ Conill, Ariadne Real World Technologies - Forums - Thread: LoongArch. Дата обращения: 28 июля 2021.
- ↑ Shah, Agam (2 November 2021). "Loongson chip is China's next step to semiconductor freedom". www.theregister.com (англ.). Дата обращения: 1 декабря 2021.
- ↑ 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]
- ↑ 1 2 Китай готовит новый собственный процессор для ПК и серверов Архивная копия от 28 сентября 2015 на Wayback Machine, 3DNews 24.11.2012
- ↑ 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]
- ↑ 30 Вт под «типичной» нагрузкой, 60 Вт при использовании оптимизированного векторного кода (SIMD)
- ↑ 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
- ↑ 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]
- ↑ Отличие модели 3B2000 от 3A2000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 4 процессоров на плату (4-way MP)
- ↑ 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]
- ↑ Отличие модели 3B3000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 4 процессоров на плату (4-way MP)
- ↑ [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]
- ↑ 1 2 Godson 3A4000 / 3B4000. Loongson Technology Corporation Limited (27 декабря 2019). Дата обращения: 8 января 2020. Архивировано 12 января 2020 года.
- ↑ Отличие модели 3B4000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 8 процессоров на плату (8-way MP)
- ↑ В зависимости от частоты: <30W@1.5GHz <40W@1.8GHz <50W@2.0GHz
- ↑ Loongson released a new generation of processors. Loongson Technology Corporation Limited (27 декабря 2019). Дата обращения: 9 января 2020. Архивировано 13 января 2020 года.
- ↑ 龙芯3A5000/3B5000 (кит.). Дата обращения: 10 февраля 2022. Архивировано 10 февраля 2022 года.
- ↑ 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.
- ↑ OpenBSD/loongson. Дата обращения: 14 мая 2010. Архивировано из оригинала 15 июня 2010 года.
- ↑ Port FreeBSD to Yeeloong in FreeBSD wiki. Дата обращения: 7 апреля 2011. Архивировано 4 июля 2010 года.
- ↑ Port FreeBSD to Yeeloong. Дата обращения: 7 апреля 2011. Архивировано 26 июня 2010 года.
- ↑ My CPU Is Loongson(Godson)!!! Архивная копия от 13 июля 2007 на Wayback Machine on blogspot.com
- ↑ loongson-laptop Архивная копия от 4 августа 2009 на Wayback Machine on cinnamonpirate.com
- ↑ The Search Engine that Does at InfoWeb.net Архивировано 27 сентября 2007 года.
