龙芯自主指令系统架构来了：中国芯，能喘口气了吗？

对于被卡着脖子“喘不上气”的中国芯片市场来说，这或许是个好消息：近日，龙芯中科技术股份有限公司宣布，龙芯自主指令系统架构（Loongson Architecture以下简称龙芯架构或LoongArch）的基础架构，已通过国内第三方权威评估并正式对外发布。在努力实现“自主又兼容的信息技术产业生态”之路上，中国“芯”又向前迈进了一步。

众所周知，美国尽管内部派系斗争激烈，但近年来对华态度却一致的强硬。在这样的大背景下，如何解决因技术引进受限、因芯片被“卡”受困的信息产业，如何构建一套安全可控、独立自主的信息技术体系和产业生态，这已成为我国的国家战略问题。鉴于此，从CPU指令集着手解决芯片之困，这或许才是“治标又治本”的选择。

所谓CPU指令系统，也被称为CPU指令集或指令集架构，是计算机的软硬件界面，是计算机软件运行的基础。简单来说，指令系统的指令在这里被“译”成机器码后，会直接跟CPU“交流”。一种指令系统看上去虽“不起眼”，却像支点一样足以“撬动”一整套软件生态。举例来说，Wintel生态(Windows+Intel)、AA生态体系(ARM+Android)、X86指令系统，这些不仅是英特尔、AMD等国外CPU厂商的“王牌”，更是它们用来控制系统生态的手段——厂商需要获得并购买它们的“授权”，然后才能研制与之相兼容的CPU、再研发生产电子设备。

“采用授权指令系统可以研制产品，但不可能形成自主产业生态，就像中国人可以用英文写小说，但不可能基于英文形成中华民族文化”，中国科学院计算技术研究所研究员、龙芯中科技术股份有限公司董事长胡伟武说，构建自主可控的信息技术体系和产业生态已目前行业的共识。“这就像是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”，他说。

在胡伟武看来，指令系统就是信息产业的墙基，基于国外授权的指令系统是难以建设自主的信息技术体系和产业生态。此前胡伟武就曾表示，追求“自主”并不代表着与世隔绝的完全自主，既要百纳海川、能兼顾市场上的主流软件生态，又要独立自主、掌握核心技术不受制于人。在此背景下，LoongArch应运而生。

据了解，此次问世的LoongArch包括基础架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分近2000条指令，但不包含MIPS指令系统。完全自主、技术先进、兼容生态是LoongArch最突出的三大特点。

首先，LoongArch从整个架构的顶层规划再到每条指令的编码和含义，是在架构上进行的自主重新设计，具有充分的自主性；其次，该架构在改进传统指令系统的基础上推陈出新，更易于硬件方面的高性能低功耗设计、软件方面的编译优化及操作系统和虚拟机的开发；在兼容生态方面，LoongArch融合了国际主流指令系统的主要功能特性，同时确保了现有龙芯电脑上应用二进制的无损迁移，还能实现对多种国际主流指令系统的高效二进制翻译。

据悉，目前支持LoongArch的龙芯3A5000处理器芯片已经流片成功，且基于新架构的完整操作系统也已在3A5000计算机上稳定运行。从其它主流指令系统到LoongArch的二进制翻译系统已经可以在3A5000计算机上演示运行基于其它主流指令系统的复杂应用程序。据了解，龙芯中科从2020年起新研发的CPU均已支持LoongArch，未来该公司计划促进产业联动，建立开放指令系统联盟，并在联盟成员内免费共享LoongArch及有关龙芯IP核。

诚然，被“卡着脖子”的前行是痛苦的，但几十年的经验教训也让越来越多的中国人认识到，无法独立行走必然要吃苦，想站在巨人的肩头登高望远，要先具备稳稳站在巨人肩头的能力。想让卡着中国“芯”喉颈的双手松松手，我们还需要更多更强的龙芯们出现。

撰文/记者 王雪莹 新媒体编辑/陈炫之

出品：科普中央厨房

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