自主知识产权 “龙芯”处理器三代简介

　　众所周知，CPU是决定电脑性能的核心部件，也是整个系统的核心。其负责整个系统指令的执行、数学与逻辑的运算；数据的存储与传送；以及对内对外输入/输出的控制。而在这个电脑核心部件市场领域里，人们最为熟悉的两个品牌无疑是Intel和AMD，他们在处理器市场的强势地位似乎无人能撼动。在CPU技术上，我们跟国外厂商有着较大的差距，缺乏具有自主知识产权的CPU芯片，是我国计算机产业的一大“芯”病，也是我们这些电子工作者、网络人胸口永远的痛。

　　过去，代表着国际IT顶尖技术的CPU芯片一直被英特尔等国外巨头所垄断，中国企业及消费者为之付出了巨额版权费。好在神州龙芯公司先后推出了“龙芯1号”、“龙芯2号”，打破了中国无“芯”的历史。“龙芯”的诞生被业内人士誉为民族科技产业化道路上的一个里程碑。商品化的“龙芯”1号CPU的研制成功标志着我国已打破国外垄断，龙芯3号即将诞生预示着在企业级服务器产品上采用自主知识产权的处理器时代到来。

　　龙芯一号（英文名称Godson-1）

　　龙芯一号CPU IP核是兼顾通用及嵌入式CPU特点的32位处理器内核，采用类MIPS III指令集，具有七级流水线、32位整数单元和64位浮点单元。龙芯一号CPU IP核具有高度灵活的可配置性，方便集成的各种标准接口。图1显示了龙芯一号CPU IP核可配置结构，其中虚线部分表示用户可根据自己的需求进行选择配置，从而定制出最适合用户应用的处理器结构。主要的可配置模块包括：浮点部件、多媒体部件、内存管理、Cache、协处理器接口。浮点部件完全兼容MIPS的浮点指令集合，浮点部件及其相关的系统软件完全符合ANSI/IEEE 754-1985二进制浮点运算标准。浮点部件主要包括浮点ALU部件和浮点乘法/除法部件，用户可根据自己的实际应用选择是否添加。媒体部件复用了MIPS浮点指令的Format域，并复用了浮点寄存器堆，媒体指令集基本对应了Intel SSE媒体指令集合的各种操作。

　　内存管理部件有三种工作模式，即标准模式、直接映射模式和无映射模式。在标准模式下，TLB分为ITLB和DTLB两部分，每部分均由48项页表项组成，同时支持mapped和unmapped的从虚拟地址到物理地址的变换方式；TLB也可只进行直接映射，不使用CAM和RAM，以减小面积；而无映射模式下甚至可以去掉TLB，采用直连SRAM的形式实现访存。龙芯一号CPU IP核的Cache分为指令Cache和数据Cache，两部分独立配置，以4K为一路，可配置为4路、2路和0路。用户可根据应用需要，确定所需Cache的大小，甚至不使用Cache。协处理器接口为外部协处理器提供了一个高效率的接口。龙芯一号CPU IP核提供了两套可配置的处理器总线接口：AMBA接口和哈佛结构SRAM接口。

　　龙芯二号（英文名称Godson-2）

龙芯2E

龙芯2F

　　龙芯二号CPU 采用先进的四发射超标量超流水结构，片内一级指令和数据高速缓存各64KB，片外二级高速缓存最多可达8MB。最高频率为1000MHz，功耗为3-5瓦，远远低于国外同类芯片，其SPEC CPU2000测试程序的实测性能是1。3GHz的威盛处理器的2-3倍，已达到中等Pentium4水平。

　　龙芯3号 即将诞生

　　虽然“龙芯2号”正火热推广，但“龙芯3号”也开始研制了，2008年末4核龙芯3号流片成功，采用65nm工艺，主频1GHz，晶体管数目达到4。25亿个。“龙芯3号”早期是一款4核处理器，并增加专门服务于Java程序的协处理器，以提高Linux环境下Java程序的执行效率，指令缓存追踪技术等。“龙芯3号”最终将实现对内峰值每秒500-1000亿次的计算速度。

“龙芯”的产品

　　“龙芯”的产品

　　龙芯1号（英文名称Godson-1）于2002年研发完成，是一颗32位元的处理器，内频（也称：主频）是 266 MHz。

　　龙芯2号（英文名称Godson-2）于2003年正式完成并发布。

　　龙芯2号是64位元处理器，内频为300MHz至1000MHz，500MHz版约与1GHz版的Intel Pentium III、Pentium 4拥有相近的效能水平。

　　龙芯2号最初版本

　　龙芯2号最初的版本是用0。13微米的制程技术，往后也会使用更精细的制程技术。事实上龙芯2号当称为一个系列，过程中经过数次步阶进化，已知的有2、2A、2B、2C、2E、2F等型号，目前龙芯2号处理器已用于黄羊河公司（YellowSheepRiver，简称：YSR）的低价型Linux桌上型电脑（也称：台式机）：Municator中，最初的售价约为1200元人民币。其电脑皆有在 2006 年3月德国汉诺威CeBIT及6月的台北国际电脑展览会中展出。

　　龙芯2E

　　2006年6月，龙芯2E继成功在法国流片成功后，全世界排名第五位的集成电路生产商--意法半导体公司与中科院计算所签订技术许可协议，购买龙芯2E的生产和全球销售权。意法半导体计划每年销售龙芯芯片1000万片以上。

　　2006年9月13日，中国科学家宣布研制成功通用中央处理器芯片龙芯2E。它是一款采用64位元MIPSⅢ指令集的RISC处理器，采用90纳米的CMOS工艺，晶体管数目是4700万个，芯片面积是6。8mm×5。2mm。最高主频达到1。0GHz，一般频率是800MHz，功耗大约是5-7瓦。实际运行频率定于660MHz。规格方面，龙芯2E处理器有128KB一级缓存、512KB二级缓存。性能方面，它的单精度浮点运算速度是每秒80亿次，双精度浮点运算速度是每秒40亿次。龙芯2E在1。0GHz主频下，SPEC CPU2000的得分为500分，综合性能达到Pentium III和Pentium 4的水平。

　　龙芯2F

　　龙芯2F与龙芯2E相比，主要有以下几个方面的提高。一是主频提高30%以上，通过频率筛选，将有1GHz以上的产品。二是相同频率下功耗降低40%左右，并增加了很多诸如降频、温度传感器、关闭L2等功耗管理功能。三是集成了更多的系统功能，除了CPU外，还集成了DDR2内存控制器、66MHz PCI/100MHz PCIX控制器、Local IO控制器、GPIO、中断控制器、DMA控制器、部分显示加速等功能，将大幅度降低系统成本。四是封装更小，龙芯2E的封装为35mm*35mm，龙芯2F为27mm*27mm。五是可测性设计（DFT）和可生产性设计（DFM）有明显提高，因此可以降低芯片成本。