Loongson

Логотип процессора
Loongson 2F от STMicroelectronics в ноутбуке Gdium.
Loongson 3B1500E.
Loongson 3B1500E.
Loongson 3A3000.

Loongson Technology (кит. трад. 龍芯, упр. 龙芯, пиньинь Lóngxīn, палл. Лунсинь, драконовое ядро)[1] — бесфабричной компания - разработчик процессоров общего назначения. Ранее разрабатывала линейку MIPS-совместимых процессоров. Ныне разрабатывает процессоры на собственной архитектуре Loongarch. 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 (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-й и 11-й «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

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].

Loongson IV

В конце 2023 года вышли процессоры Loongson 4 поколения. Обновление принесло удвоение максимального количества ядер, увеличение объёма кэш-памяти, существенное увеличение производительности.

Loongson V

В 2024 году анонсирован выход процессоров Loongson 5 поколения, выпуск в 2025 году. Обновление принесёт удвоение максимального количества ядер, рост частот, увеличение производительности, переход на более современный техпроцесс 7 нанометров, возможно внедрение более современного типа памяти DDR5.

Loongson VI

В период с конца 2025 по 2026 планируется выпуск процессоров Loongson 8000 серии. Техпроцесс 5 нм (SMIC FinFET N+2), частота 2,8-4,2 Гигагерц, ~10.5 млрд транзисторов, размер кристалла ~200 мм² (15.2×13.1 мм, включая NPU), модернизированный кэш по объёму и скорости, энергопотребление от 35 до 600 ватт (для 3F9000 потребуется жидкостное охлаждение, поддержке DDR5-6400 памяти, так же планируется внедрение PCI-E 5.0 и AI-блок дающий дополнительные 15–240 TOPS в зависимости от модели.

Loongson VII

В период с конца 2027 по 2030 планируется выпуск процессоров Loongson 9000 серии. Техпроцесс 3 нм (SMIC N+3), частота 2,8-5.0 Гигагерц, ~18 млрд транзисторов, размер кристалла ~240 мм²-900 мм² , модернизированный кэш по объёму и скорости, энергопотребление от 35 до 600 ватт, поддержка DDR5-8000 памяти (до 1 ТБ/с пропускной способности) и HBM(в серверной версии), так же планируется внедрение PCI-E 6.0 (256 линий конфигурация 8×32), CXL 3.0: Поддержка когерентной памяти до 4 ТБ. и AI-блок дающий дополнительные 400–6400 TOPS в зависимости от модели, возможна интеграция с квантовыми сопроцессорами.

Возможные сферы использования:

  • Суперкомпьютеры: Проект "OceanLight 2.0" (Китай, цель — 1 ZettaFLOP).
  • Военные ИИ: Обработка спутниковых данных в реальном времени.
  • Квантовые гибриды: Интеграция с фотонными сопроцессорами.

Спецификация процессоров

Имя Микроархитектура ядра 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 4 18,8 1 8/8 нет нет 19/25 [SPEC CPU2000]
Godson-2 2B 250 MIPS-III 64-bit 2003 1 180 32 32 3 32/32 нет нет 52/58 [SPEC CPU2000]
2C 450 MIPS-III 64-bit 2004 1 180 13.5 41,54 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 600/600 [SPEC CPU2000]
L2G 1000 MIPS64 2010 1 65 51 53,54 4 64/64 1024 нет 320/280 [SPEC CPU2000]
Godson-3 STLS3 1000 MIPS64 2009 4 65 400+ 173,8 10 64/64 2048 нет 1600/1200 [SPEC CPU2000]
Loongson 3A1000[24] STLS3 1000 MIPS64 (GS464) 2010 4 65 425 173,8 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] GS464E 1200 MIPS64 (GS464E) 2015 8 32 1140 182 30/60[27] 64/64 8x128 8 150 GFLOPS пиковой производительности[26]
Loongson 3A2000[28][29] GS464E - gen 4 800-1000 MIPS64 (GS464E) 2014 4 40 500 120 15 64/64 4х256 4 16 GFLOPS пиковой производительности[29]
Loongson 3B2000[30] GS464E 800-1000 MIPS64 (GS464E) 2014 4 40 550 125 15 64/64 4х256 4 До 16 GFLOPS
Loongson 3A3000(3B3000)[31][32] GS464E+ 1350-1500 MIPS64 (GS464E+) 2016 4 28 ≈1200 ≈150 30(30) 64/64 4х256 8 До 24 GFLOPS[31]
11 int / 10 fp по тесту SPEC CPU2006[33]
Loongson 3A4000(3B4000)[34][35] GS464V 1500-2000 MIPS64 (GS464V) 2019 4 28 ≈1500 ≈160 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] LA464 gen 1 2000-2500 loongarch64 (GS464V gen 1) 2021 4-32 12 ≈2200 142 35-300 64/64 4x256 16 До 160 GFLOPS на частоте 2.5 ГГц
Loongson 3C5000L (3C5000L-LL) LA464V optimized 2000-2200 loongarch64 (GS464V) 2021 16 12 ≈4800 529 130 64/64 16x256 32 560 GFLOPS
Loongson 3A6000(3E6000) LA664 gen 2 2000-2500 loongarch664 2023 4-64 12 ≈3500 116 30-120 256/256 256k/1m 16 240 GFLOPS - 3,8 TFLOPS
Loongson 3A7000(3E7000) LA764 gen 3 2500-3500 loongarch764 2025 4-128 7 ≈8200 180 40-300 128/512 1m/4m 32m 300 GFLOPS - 9,6 TFLOPS
Loongson 3A8000(3E8000) LA864 gen 4 AI NPU 2800-4000 loongarch864 gen 4 AI NPU 2026 4-64 5 ≈10500 200 35-300 128/1m 1.5m/12m 64m 768 GFLOPS - 24,6 TFLOPS(+NPU процессор)
Loongson 3A9000, 3E9000, 3F9000 LA964 ("Dragon Core v4") AI NPU gen 2 2800-5000 LA964 ("Dragon Core v4") 2027-2030 4-128 3 ≈18000 240 50-600 256/2m 2m/12m 64m 4,8 TFLOPS - 76,8 TFLOPS(+NPU процессор gen 2)

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

  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. Дата обращения: 28 февраля 2024. Архивировано 9 июля 2011 года.
  2. ↑ 1 2 Hu, Wei-Wu; Zhang, Fu-Xin; Li, Zu-Song (Март 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. Дата обращения: 28 февраля 2024. Архивировано 19 июня 2022 года.
  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 июня 2021). China-backed Loongson chip manufacturer files for IPO. Verdict. Архивировано 25 февраля 2024. Дата обращения: 2 августа 2021.
  11. ↑ Hu, Wei-Wu; Gao, Yan-Ping; Chen, Tian-Shi; Xiao, Jun-Hua (Май 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. Архивировано (PDF) 2 марта 2024. 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 декабря 2012). Why China's Homemade Microchips Will Struggle to Displace Western Giants. MIT Technology Review (англ.). Архивировано 21 сентября 2023. 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. Архивировано 24 сентября 2021 года.
  16. ↑ 1 2 3 Hu, Weiwu; Zhang, Yifu; Fu, Jie (Январь 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. Архивировано (PDF) 12 августа 2021. Дата обращения: 12 августа 2021.
  17. ↑ 1 2 Gao, Xiang; Chen, Yun-Ji; Wang, Huan-Dong; Tang, Dan; Hu, Wei-Wu (Март 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 июня 2021. Архивировано 11 августа 2021. Дата обращения: 11 августа 2021.
  19. ↑ Chen, Huacai. arch: Add basic LoongArch support [LWN.net]. lwn.net. Дата обращения: 28 июля 2021. Архивировано 28 июля 2021 года.
  20. ↑ Herrera, Jaime. Loongson 3A6000: análisis de la arquitectura y benchmarks (исп.). Guiahardware. Дата обращения: 30 ноября 2023. Архивировано 28 февраля 2024 года.
  21. ↑ Shilov, Anton (16 апреля 2021). Loongson Technology Develops Its Own CPU Instruction Set Architecture. Tom's Hardware (англ.). Архивировано 26 февраля 2024. Дата обращения: 28 июля 2021.
  22. ↑ Conill, Ariadne. Real World Technologies - Forums - Thread: LoongArch. Дата обращения: 28 июля 2021. Архивировано 28 июля 2021 года.
  23. ↑ Shah, Agam (2 ноября 2021). Loongson chip is China's next step to semiconductor freedom. www.theregister.com (англ.). Архивировано 7 марта 2024. 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.
Эта статья взята у (из) Википедия. Текст лицензируется по Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. К медиа файлам могут применятся дополнительные условия.