當前位置: 華文頭條 > 歷史

龍芯開始授權IP,侵蝕ARM主體業務

2023-12-07歷史

龍芯擁有完整的自主CPU產品線,從用於電子儀表的低功耗嵌入式CPU,到用於桌面及伺服器的高效能通用CPU一應俱全。龍芯4核2.5GHz的3A6000效能與Intel的4核10代酷睿打得有來有回,是當前單核效能最高的國產CPU。據華碩(ASUS)的測試,當13和14代4核酷睿也以2.5GHz的頻率執行時,效能也和龍芯3A6000基本一致,說明龍芯的CPU核心設計水平已達世界一流。

龍芯的CPU設計能力已經很強大,但在客製專用CPU時,卻定然不如使用者自己更了解自己的需求。通用性強,什麽都能做,是龍芯各系列CPU的優點,但在很多套用場景中這也是缺點。比如多口網路裝置需要更高的I/O速率,數位電視機上盒芯片需要整合硬體的視訊解碼模組,一些專用裝置中要刪減不必要的功能以降低成本,眾口難調,龍芯就不可能面面俱到。

國內企業針對特定套用客製CPU時,大多為獲得ARM的CPU核心授權而被迫忍受苛刻條款,而與此同時,龍芯卻抱著各種層次的自主CPU核心茫然四顧,這大約也算是一種供需矛盾吧。解決矛盾的方式當然是把自主的CPU核心授權給需要的企業,以合作共贏的方式,發揮自主的CPU核心的最大價值。龍芯IP廣泛授權,也有助於拓展龍芯LonngArch架構的套用場景,增強軟硬體生態。

龍芯公開授權的CPU IP

龍芯目前開放了三款CPU核心的 授權,分別是LA132、LA264、LA364,暫時不對外授權用於桌面和伺服器CPU的LA464和LA664。這三款核心分別對應低、中、高三種性能階別的嵌入式CPU,只是因為型號還不夠豐富,三款核心的效能跨度較大。

LA132是極簡的低功耗設計,使用32位元LoongArch基礎指令集。龍芯為合作企業客製的智慧門鎖、跑步機、筋膜槍、智慧儀表、兒童機器人培訓套件等芯片都是基於這一款核心。

LA264是64位元的LoongArch指令集,支持LoongArch基礎指令集和可選的128位元向量擴充套件指令。LA264每GHz的通用處理效能高於ARM A53,大致是A55的水平,浮點運算效能比A55更高。使用這款核心的CPU適合工控裝置,凡是ARM A53/A55的效能適用的場景,換成LA264也沒問題。龍芯基於LA264核的CPU產品主要是2K0500、2K1000LA和2K1500。

LA364的定位是高端工控和行動裝置,比如用於平板電腦和輕薄筆記本的CPU。LA364每GHz的效能是ARM A76的水平,龍芯的2K2000和還在研發中的2K3000就是使用的LA364核心。龍芯已經推出的印表機控制芯片2P0500,也使用了LA364核心。

相對於ARM的IP,龍芯對工藝要求很低,更符合國情。比如ARM A76是使用7nm工藝,而龍芯LA364則可以使用28nm工藝。當然使用先進工藝也沒問題,整合了8個LA364核心的龍芯2K3000就使用了12nm工藝,以此獲得更高的頻率和更低的功耗。如果國內工藝取得進步,且具有合理的成本,那麽LA364使用使用7nm甚至高先進的制程也未嘗不可。

首批10家單位與龍芯簽訂授權協定

在2023年底的龍芯3A6000釋出會上,龍芯與10家單位進行的「龍芯處理器IP授權簽約儀式」,標誌著IP授權將成為龍芯的主要業務之一,龍芯成為了除ARM之外另一家可提供高中低全層次IP核的公司。

首批10家獲得龍芯CPU核心授權的單位是:

  1. 蘇州雄立科技有限公司
  2. 大唐可再生能源試驗研究院有限公司
  3. 得一微電子股份有限公司
  4. 山東領能電子科技有限公司
  5. 三峽智控科技有限公司
  6. 國家超級計算無錫中心
  7. 北京得瑞領新科技有限公司
  8. 北京科技大學工業互聯網研究院
  9. 西安微電子技術研究所
  10. 北方自動控制技術研究所

在這10家單位中,蘇州雄立科技已經推出了基於龍芯IP的XL63系列產品,是兩款高整合度三層千兆網路交換芯片。這兩款網路交換芯片整合了4個龍芯LA264 CPU核,能夠提供充足的運算能力,支持28G交換頻寬。還整合最多24埠千兆PHY,並支持QSGMII和SGMII模式。具有二層、三層交換功能,支持NAT/NAPT,支持SYNC-E和IEEE1588V2,滿足企業和工業乙太網路接入業務需求。

蘇州雄立科技在研的還有基於龍芯LA364 CPU核的網路處理器NUP芯片,整合了32個LA364核心,且有極強的數據處理能力。說起LA364核心,還有一個烏龍事件。龍芯最初對LA364核心進行仿真測試時,各項參數指標設定得非常保守,根據仿真測試結果認為每GHz的效能與ARM A72核心差不多。但在基於LA364的龍芯2K2000流片之後,實測結果表明每GHz的效能接近ARM A76核心的水平,比仿真效能提高了30%。

得一微電子和北京得瑞領新科技的主力產品都是儲存控制芯片,比如SSD硬碟的主控,估計都會基於龍芯CPU IP核設計SSD硬碟主控芯片。在保障數據安全、防止泄密等方面,自主的CPU核心具有明顯的優勢。

大唐可再生能源試驗研究院有限公司據悉是在基於龍芯IP研制風電PLC,三峽智控沒有透露龍芯CPU核心的用途,大機率是要基於龍芯CPU核心設計專用的微控制器。

山東領能電子正在研發低軌星鏈衛星通訊控制芯片,這款芯片基於龍芯CPU核心進行全客製設計,在成本、功耗、效能等關鍵指標上,且有代差級的提升優勢。

國家超級計算無錫中心這個名字就令人浮想連篇,不過由於龍芯當前開放授權的IP核不包含最高效能的LA664,因此基於龍芯CPU核心設計超算專用CPU的可能性不大。國家超級計算無錫中心此次是為了研發新一代自主可控人工智慧算力芯片,個人認為其結構可能與用於「神威·太湖之光」的申威SW26010類似,也就是把大量的專用計算單元和通用CPU核整合在一顆芯片中,由CPU排程專用計算單元提供算力。

還有幾家科研單位獲得了龍芯IP授權,主要是進行工控方向的研發。

龍芯可能是ARM最有力的挑戰者

國產CPU很多,完全自主設計的很少。大多數國產CPU是購買國外設計的各種功能模組進行整合,這些功能模組統稱為IP核。比整合CPU低一個層次的是設計板卡,再低一個層次就是組裝電腦。組裝電腦人人都能學會,設計板卡就已經需要高深的技術,跨度大得足以令大多數人放棄掌握。整合CPU更加困難,設計CPU中的各種功能模組更是極少數國家的頂尖團隊才掌握的能力。特別是現代CPU的核心、高效能記憶體控制器、高效能數據匯流排等,最能體現CPU設計企業的技術水平。

國產的嵌入式CPU大多是基於ARM設計的CPU核心,國產桌面和伺服器CPU的核心等重要模組也有很多是基於國外的IP核授權。當然也有自主設計程度較高的CPU,但因為CPU指令集是x86和ARM等非自主架構,而不能向其它公司授權IP核。Intel/AMD和ARM等架構掌控者不會給予其它公司二次授權的資格,與技術水平無關,只與是否自主有關。

自主指令集常有,特別是只有幾十條指令的簡單的嵌入式CPU指令集,國內其實不少。但往往只用於特定的裝置和場景,不可能也沒必要發展出完善的軟體生態。基於這類專用指令集設計的CPU核心缺少向其它公司授權的價值,因為缺少通用性和軟體生態,效能上限也很低,大多是自己設計自己使用。

龍芯自主設計了LoongArch指令集,能提供效能從低到高各種層次的CPU核心,已經公開指令集,並且建立了嵌入式、桌面、伺服器的完備的軟體生態,能提供全套的基礎開發工具,各款IP都已有成功的商業化範例。國內沒有任何其它企業或組織達到同等條件,龍芯是唯一。

放眼世界,CPU核心效能覆蓋範圍與龍芯相當,且可自由授權的IP核的,除了龍芯之外就只有ARM這一家。Intel和AMD相互牽制,對外授權高效能CPU核心算不上「自由」,暫時排除在外。MIPS已經沒落,多年前的高效能IP現在已是老樹枯柴,其它如Power、SPARC等也已經成為歷史。RISC-V十多年來都沒有誕生產品化的高效能IP,已產品化的阿裏C910實際效能水平也比較低,每GHz的效能只是比龍芯LA264略高,只適合用於嵌入式CPU。

在軟體生態方面,龍芯整體上還不如ARM,差距主要是在嵌入式,其中龍芯LoongArch的手機生態為0,工控方面主要是套用不夠全面,還需要拓展。但在Linux桌面和伺服器套用中,龍芯LoongArch和ARM的生態差距極小,這還只是龍芯LoongArch架構誕生兩三年的成就,況且ARM的Linux桌面生態也主要是國內的公司在完善。RISC-V已經發展了十多年,至今也只在物聯網領域有所表現,桌面和伺服器則完全依賴開源生態,像WPS、QQ這樣的商業套用一個都沒有。

龍芯的市場份額可能不會快速增長,但細細看來,龍芯已經悄然具有了與ARM正面競爭的技術實力。