国产CPU里程碑！龙芯4000系列宣告单核机能高于14nm Arm处理器_龙芯_系列

智东西（"大众年夜众号：zhidxcom）文 | 韦世玮 心缘

智东西12月24日，本日，龙芯中科发布龙芯4000系列CPU芯片，分别为3A4000和3B4000。
性能方面，3A4000/3B4000采取28nm FDSOI工艺，微架构为GS464V核心，通用途理性能提升一倍以上，这将成为我国自主CPU发展史上又一新的里程碑。

据悉，龙芯4000系列进一步完善对虚拟机的支持，效率达到95%以上。
在相同主频下，龙芯4000系列比3A3000的流水线效率提高50%，主频提升至1.8GHz-2.0GHz。

龙芯中科总裁、中科院打算技能研究所总工程师、龙芯CPU首席科学家胡伟武博士先容，龙芯4000系列是首次全面集成可信模块、海内密码算法、访问掌握等安全机制的CPU芯片。

也便是说，龙芯4000系列处理器除了性能大幅提升之外，还拥有片内安全机制和高效云化的特点。

据先容，龙芯在2019年的芯片出货量已超50万颗。
未来，龙芯中科将着重提升CPU主频与核数，3A5000和3C5000两款芯片将分别操持在2020年上半年和下半年流片。

▲龙芯中科总裁、中科院打算技能研究所总工程师、龙芯CPU首席科学家胡伟武博士

龙芯中科是国产自主高性能通用途理器技能领先者和产品供应商，搭载龙芯中科CPU的打算机已进入政府采购目录。

龙芯脱胎于中国科学院打算所，曾研发出我国首枚拥有自主知识产权的通用高性能微处理芯片。

CPU芯片长期被英特尔等国外巨子所垄断，龙芯先推出的龙芯1号、龙芯2号，冲破了中国缺自主研发CPU芯片的历史，是中国形成自主知识产权打算机家当道路上的一座里程碑。

从2001年至今，龙芯研发了龙芯1号、龙芯2号、龙芯3号三个系列处理器和龙芯桥片系列。

龙芯1号系列为32位低功耗、低本钱处理器，紧张面向低端嵌入式和专用运用领域；龙芯2号系列为64位低功耗单核或双核列处理器，紧张面向工控和终端等领域；龙芯3号系列为64位多核系列处理器, 紧张面向桌面和做事器等领域。

本日发布的龙芯3A4000是龙芯3号系列处理器的最新产品，据上一代龙芯3A3000发布已相隔两年。

2017年时，龙芯年营收达1.5亿元，利润2000多万元，2018年营收和利润均比2017年翻番，利润达到历史最高水平，交的税款已超过国家给龙芯各种补助的总和。

胡伟武表示，今年上半年龙芯收入已超过去年整年，利润是去年整年的1.3倍旁边，估量到2021年，龙芯交给国家的税将超过之前所有的研发投入。

龙芯3A4000是龙芯第三代高性能处理器核，采取新一代处理器架构GS464V，拥有双DDR4-2400/2133内存通道，双HT3.0系统总线，效率提升一倍。

性能方面，其主频为1.8GHz，睿频2.0GHz，采取37.5mm37.5mm封装工艺，范例功耗为30-40W。

据胡伟武先容，龙芯3A4000紧张有三方面特点：

1、相同工艺性能成倍提高

龙芯3A4000采取28nm工艺，进一步通过设计优化提升处理器性能，反响传统桌面性能的SPEC INT2000的单核base分值，从930分提高到了2090分。

此外，它的科学打算性能与3A3000比较，提升了4倍以上，支持128/256位向量。
而3B4000支持四路直连，与3B3000双路做事器比较，四路做事器性能亦提升了4倍。

与此同时，龙芯3A4000的虚拟机效率大幅度提高，从原来的88%提升至98%。
胡伟武称，其单核性能已高于用14nm实现的Arm处理器。

2、片内安全机制

龙芯3A4000支持AES、MD5、SHA等加解密算法，片内集成安全可信模块，支持国密算法。

此外，它支持操作系统内核栈防护机制，支持IO防护、安全实行环境等访问掌握，其高性能密码算法做事能力支持商密及以上算法。

3、自主研发

龙芯3A4000的所有模块源代码和各种全定制模块均为自主研发，除了厂家供应的标准单元库和内存编译器（Memory Compiler）外，没有任何第三方IP。

除此之外，龙芯3A4000在功耗管理和封装方面也有了进一步提升。

一方面，它第五个核（GS132E）监控主核运行，并进行动态功耗管理。
例如，搭载龙芯3A4000的条记本电脑事情时长比3A3000比较，提高了一倍以上；

另一方面，龙芯3A4000的封装尺寸比3A3000更小，支持普通BGA、LGA和CBGA多种封装形式，同时其桌面主板可支持四层布线。

值得一提的是，龙芯4000系列用于片间互连及连接桥片的HT掌握器带宽提高了一倍以上，内存掌握器从DDR3升级至DDR4，SPEC CPU2006定点和浮点单核分值提高到20分。

但胡伟武也指出，龙芯4000系列处理器依然存在两大问题。

一是DDR4内存频率不足高。
DDR4规定的速率范围是1600至3200，而龙芯4000系列最高DDR4事情速率为2400/2133，与规定范围还存在一定差距。

二是功耗偏大。
其非向量模式的范例功耗为30至40W，紧张在于工艺不足前辈，设计优化比较极致，建议科学打算环境下利用256位浮点向量时，适当降落电压和频率。

胡伟武谈到，龙芯的下一步将会把研发重点放在提高主频与核数上。

一方面，龙芯3A5000将提高主频至2.5GHz，采取12nm工艺，单核性能将提高至30分旁边，操持于2020年上半年流片。

同时，其内存掌握器延迟/宽带进一步优化，LLC增加一倍，实现操作系统级二进制兼容。

另一方面，龙芯3C5000将增加核数，同样采取12nm工艺，支持4至16路做事器，操持将于2020年下半年流片。

在胡伟武看来，目前海内CPU企业发展核心技能紧张有两个路子，一是市场换技能，如汽车家当；二是市场带技能，如航天家当，而龙芯中科走的则是第二条路。

龙芯中科通过系统编制内市场勾引，带动技能进步后，再进一步参与系统编制外的市场竞争。
同时，龙芯CPU自主编写CPU源代码，在运用中不断演进，并看重自主CPU的自主生态培植，以逐步提高产品性能和完善生态。

虽然，龙芯发展至今已经为我国半导体家当的崛起供应了不可或缺的力量。
但胡伟武认为，我国自主CPU与国外前辈水平比较，在通用途理能力、单核性能和设计能力三大方面还存在较大差距。

“龙芯须要练好内功，通过设计优化提高单核通用途理性能。
”胡伟武说到，3A4000和3B4000已基本补充单核通用途理性能的毛病，性能提高2至3倍（约20-30分），达到AMD的水平。

而目前，市场主流CPU利用GCC编译的单核分值为20至40分。

四、龙芯操作系统支持软件生态培植

胡伟武谈到，龙芯的操作系统目前具有两种商业和技能模式。

面向专门企业，龙芯供应桌面和Windows做事器系统；面向设备企业，龙芯则基于根本版开源OS掩护，支持OS、整机和运用企业。

实际上，龙芯已面向三大不同的平台开拓相应的操作系统：

1、面向通用信息化系统的Loongnix。
该系统基于通用Linux平台进行完善和优化，为统一操作系统UOS龙芯版供应支撑。

2、面向高可靠实时终真个LoongOS。
该系统基于Linux/RT-Linux构建了简洁高效的OS。

3、面向实时嵌入式运用的LoongWorks。
该系统针对历史运用，基于VxWorks内核，完善图形和网络等API。

另一角度看，龙芯操作系统针对不同的硬件和运用，亦分别提出了两种不同的二进制兼容。

除此之外，胡伟武也提到，龙芯将进一步统一系统架构，构建标准规范体系，实现操作系统跨主板整机兼容和CPU代际兼容。

从龙芯3A4000开始，龙芯也将参考设计全面支持统一系统架构，开拓支持ACPI主板、固件、内核及OS的参考设计，以及基于ACPI/EC条记本标准的办理方案。

结语：我国自主CPU研发的里程碑

龙芯中科经由近二十年的发展，已经成为我国国产自主高性能通用途理器的技能领先者，不仅冲破了我国缺少自主研发CPU芯片的历史，同时也是我国形成自主知识产权打算机家当道路上的一座里程碑。

近二十年来，龙芯的自主CPU和OS已经趋于成熟。
胡伟武称，龙芯CPU单核通用途理性能已达到AMD水平，OS成熟度也已靠近Windows XP。

然而，龙芯尚未丰富的运用和家当不配套，无疑是摆在自主CPU和OS未来发展道路上的一个阻碍。
未来，龙芯如何完善根本软件环境和配套芯片，推动CPU和OS生态的进一步成熟发展，这十分值得我们期待。

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