龙芯|龙芯3A5000评测国产自主指令集架构实战

芯片器件中最著名的产物是CPU，国内CPU行业经历步履维艰的发展，关注度越来越高，在政务、通讯、计算等领域经常可以看到国产CPU的身影。但通用CPU领域还是国外CPU占据主导。桌面端有英特尔和AMD，移动端有ARM和高通等企业，国产CPU想要突出重围并不容易。

这些年国内CPU企业在不断发展的同时也在寻找破局之法，国内CPU厂商最常见的发展模式是购买指令集架构授权，ARM、MIPS甚至X86均有国内CPU企业获得了授权。购买指令集架构授权无疑是一种高效的手段，相当于在别人准备好地基的土地上建房子，产品不能称为完全国产自主。
不过授权终究是授权，没有相应产权的保护，依旧可能会受到制约。
LoongArch介绍
在2021年4月，龙芯中科率先在国产自主化跨出一步，宣布推出完全自主指令集架构：LoongArch，顶层架构到指令功能和ABI标准完全自主。这表明龙芯中科未来的CPU不再使用MIPS指令集架构，从今年推出的3A5000开始都将使用LoongArch架构，这无疑是芯片国产化的重要里程。
我们参照官方的资料，做了一下龙芯3A5000的微架构图，可以粗略看到3A5000大体分为4个区块，每个区块包含一个核心和一个缓存。

根据官方的资料，LoongArch依旧属于RISC阵营，拥有RISC的特点，比如32位定长指令，32个通用寄存器，32个浮点/向量寄存器。但LoongArch也进行了改进，取消了RISC的指令延迟槽，直接跳转指令的目标地址相对PC计算，增加相对转移偏移量。
LoongArch 拥有近2000条指令，并充分考虑兼容需求，相同的源代码编译成LoongArch比编译成龙芯此前支持的MIPS时动态执行指令数减少10%-20%，也就是运行效率更高，性能也会提升。
LoongArch还深入研究了MIPS、X86、ARM的特性，能对这些主流架构进行二进制翻译，对MIPS可以实现100%的翻译，能实现跨平台兼容，龙芯目标是在2025年的时候消除指令集之间的壁垒。
2021年7月，龙芯中科发布了两款基于LoongArch指令集架构的处理器：3A5000和3C5000L 。3A5000处理器是面向桌面端的产品，3C5000L则是服务器处理器。 3A5000主频为2.3Ghz-2.5GHz，拥有4颗核心，每个处理器核心采用 64 位 LA464 自主微结构，支持DDR4-3200MHz内存，支持Hyper Transport 3.0控制器。3C5000L则由4个3A5000封装，拥有16个核心。

3A5000处理器内置了安全模块，可以对Meltdown(熔断)和Spectre(幽灵)两个经典CPU漏洞有效免疫，与上一代3A4000一样支持内置加解密算法和安全可信模块，也是目前唯一通过国内商密二级型号鉴定测试的CPU内置模块。
龙芯3A5000整机介绍
龙芯3A5000通用处理器主要应用在消费级桌面市场，未来会推出包括台式机、笔记本、一体机等产品，这次我们拿到了搭载3A5000处理器的台式整机产品，龙芯3A5000整机在外观上采用经典的商用办公主机风格，以黑色为主格调，前面板提供一个常规开关按钮，两个USB 2.0接口，两个音频输入/输出接口。

龙芯3A5000整机
主板I/O处，提供一个VGA视频口，一个串行COM接口，4个USB 2.0接口，2个USB 3.2 Gen1 5Gbps接口，一个有线网口。

龙芯|龙芯3A5000评测 国产自主指令集架构实战

龙芯|龙芯3A5000评测国产自主指令集架构实战