胡伟武:指令系统是软件生态起点

来源:《中国科学报》2021年04月22日

在4月19日举行的2021年信息技术应用创新论坛主论坛上,龙芯中科技术股份有限公司董事长、中国科学院计算技术研究所研究员胡伟武正式发布龙芯完全自主的指令架构LoongArch。

胡伟武在会上指出,目前,我国自主CPU存在两大“卡脖子”问题,一是指令系统架构受制于人,二是生产工艺受制于人。“我认为,我国信息产业要建立自主体系,构建国内大循环,可以分三步走。”胡伟武说,“首先是基于自主IP核的芯片设计,其次是构建基于自主指令系统架构的软件生态,第三则是基于自主材料设备的生产工艺。”

胡伟武认为,做指令系统,就会碰到自主和兼容的关系问题。兼容的好处很明显,但目前软件生态属于国外指令系统X86和ARM的,因此弊端也很明显,就是受制于人。“实现自主和兼容存在一定的矛盾。我们能不能做到既自主又兼容?”他说。

龙芯经过20年实践证明,既自主又兼容的指令系统是可能也可行的。自2001年至今,龙芯已积累了上百种IP。而基于LoongArch 指令系统的3A5000 CPU芯片,SPEC CPU2006达到30分左右,跟市场主流的CPU性能相当。

更重要的是,LoongArch指令系统具有完全自主、技术先进、兼容生态三方面特点。

首先,从整个架构的顶层规划,到各部分的功能定义,再到细节上每条指令的编码、名称、含义,LoongArch在架构上进行自主重新设计,具有充分的自主性。

其次,LoongArch摒弃了传统指令系统中部分不适应当前软硬件设计技术发展趋势的陈旧内容,吸纳了近年来指令系统设计领域诸多先进的技术发展成果。同原有兼容指令系统相比,不仅在硬件方面更易于高性能低功耗设计,而且在软件方面更易于编译优化和操作系统、虚拟机的开发。

第三,LoongArch在设计时充分考虑兼容生态需求,融合了各国际主流指令系统的主要功能特性,同时依托龙芯团队在二进制翻译方面十余年的技术积累创新,不仅能够确保现有龙芯电脑上应用二进制的无损迁移,而且能够实现多种国际主流指令系统的高效二进制翻译。

去年,龙芯委托国内知名第三方机构进行分析后得出结论,认为LoongArch在指令系统设计、指令格式、指令编码、寻址模式等方面进行了自主设计;LoongArch指令系统手册在章节结构、指令说明结构和指令内容表达方面与国际上主要指令系统存在明显区别;LoongArch基础架构未发现对国际主要指令系统中国专利的侵权风险。

目前,构建自主可控的信息技术体系和产业生态已成为共识,同时自主产业生态企业也深切感受到,“在别人的墙基上砌房子,再大、再漂亮也可能经不起风雨,甚至会不堪一击”。胡伟武认为,指令系统就是信息产业的墙基,基于国外授权的指令系统难以建设自主的信息技术体系和产业生态。

“指令系统是软件生态的起点,只有从指令系统的根源上实现自主,才能打破软件生态发展受制于人的锁链。龙芯自主指令系统的推出,是龙芯中科长期坚持自主研发理念的重要成果体现,是在完成CPU性能补课、全面转向生态建设历史关头的重大技术跨越,标志着龙芯中科在自主信息技术体系和产业生态建设方面从跟随性发展的必然王国走向了自主发展的自由王国。”胡伟武最后说道。

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