龙芯CPU的布局与未来：引入大小核、冲向64核心128线程！

2023年4月8日上午，有幸参加了龙芯中科在河南鹤壁举办的信息技术自主创新峰会。

会上，龙芯正式发布了新一代龙芯3D5000服务器处理器，标志着龙芯中科在服务器CPU领域进入国内领先行列。

龙芯3D5000首次使用小芯片(chiplet)技术，将两颗龙芯3C5000整合封装在一起，取得了32核心、64MB三级缓存、八通道DDR4内存的高规格，四路可达128核心，而且是百分百自主的LoongArch指令集架构，无需国外授权。

峰会上，龙芯中科公司董事长胡伟武重点介绍了龙芯CPU的技术和产品布局，以及未来规划。

一起来深入了解下！

胡伟武表示，龙芯CPU的主要特点是“一个唯一、三个不同”。

龙芯CPU是国内唯一基于自主指令系统构建、独立于Wintel/AA的开放信息技术体系，和国内多数企业直接购买国外商业IP进行芯片设计、基于x86/Arm指令系统融入国外信息技术体系、依赖境外先进工艺提升性能的做法，是完全不同的。

目前，龙芯CPU的主要IP核，都是自主研发。

其中，硬IP包括寄存器，以及内存、HT总线、PCIe/SATA/USB、网络等等的物理层，并适配从130nm到12nm等不同制造工艺。

软IP则包括CPU内核、GPU图形核心、加解密算法，以及存储、总线、网络、音频、工业等各种接口。

龙芯CPU的产品布局分为三大系列：

龙芯1号是MCU(微控制器)，专门面向嵌入式应用。

龙芯2号是SoC(片上系统)，面向工控、终端应用，又可以细分为龙芯2K1000LA、龙芯2K2000、龙芯2K3000三大平台，目前分别使用40nm、28nm、12nm工艺，同时结合具体引用，还可以定制专用的SoC。

龙芯3号是CPU(通用处理器)，面向桌面和服务器应用，也是多数人更熟悉的，搭配自研桥片(芯片组)形成双芯片的解决方案。

该系列已经演进了三代，第一代是龙芯3A1000、龙芯3B1500，第二代是龙芯3A2000、龙芯3A3000，第三代则是龙芯3A4000、龙芯3A5000、龙芯3C5000。

胡伟武表示，龙芯CPU的设计设计基本原则是先提高单核性能，再增加核心数；先优化设计，再结合先进工艺提高性能，有些类似Intel当初的Tick-Tock策略，交替升级工艺和架构。

经过20多年的发展，龙芯CPU的单核性能已经达到国际主流水平。

在服务器领域，龙芯CPU提升单核性能的同时，结合多核、多线程、高速互连、先进封装等技术，快速形成系列化、强竞争力的产品布局。

2010年到2020年这十年，可以说是龙芯的“补课”时间，全力提升架构和单核性能。

在此期间，龙芯用同一款产品适配桌面、笔记本、服务器的不同需求，即便被客户和市场评价性能太低也坚持一步一个脚印地走下去。

在完成了足够的性能积累之后，龙芯开始全面布局服务器、桌面、移动终端等各个领域，针对性地推出不同产品，逐步枝繁叶茂。

在服务器领域，龙芯3D5000发布之后，龙芯将先后推出龙芯3C6000/3D6000，延续龙芯5000系列的12nm工艺，内核升级为LA664，前者原生16核心32线程，后者双芯封装组成32核心64线程。

再往后的2024-2025年，我们将看到龙芯3D7000/3E7000，仍旧是LA664架构核心，但升级制造工艺，分别达到32核心64线程、64核心128线程！

桌面领域，接下来将分别是龙芯3A6000/3B6000、龙芯3A7000/3B7000，与服务器端的同系列产品同工艺、同架构，只是核心数等规格略低一些。

龙芯2号家族后续将陆续迎来龙芯2K3000、龙芯2P0500、龙芯2K0300，龙芯1号家族则会有新的LS1系列，详情暂未披露。

龙芯3号系列在不同领域采用不同的内存通道设计，其中在服务器上是单片四通道内存、双片整合封装组成八个内存通道。

下一代龙芯3C6000将在片内集成PCIe高速通道，从而提升芯片间互连带宽，龙芯3D6000会同步推出。

龙芯3D7000单芯片设计，核心数量24-32个，四个内存通道。龙芯3E7000双芯片封装，规格翻番，核心数量达到48-64个，八个内存通道。

在桌面上则是双通道内存，下一代龙芯3A6000仍然是4核心，主频首次达到2.5GHz，搭配龙芯7A2000桥片，大幅提升性价比，今年上半年会流片回来，将会提供样品给合作伙伴，预计大批量的出货将在明年。

根据龙芯此前公布的白皮书，龙芯3A6000的性能评估比现在的龙芯3A5000提升多达40-60％，同时硅片面积减少10％，设计水平可对标AMD Zen2。

之后的龙芯3B6000，将首次采用大小核架构，同时集成GPU图形核心、PCIe控制器等，而与之搭配的下一代桥片龙芯7A3000，将成为一个“弱南桥”，因为它的HT总线、GPU图形核心、显存接口等模块，都将转移到CPU内部。

在笔记本上是单通道内存，主打的将是龙芯2K2000、龙芯2K3000等单片方案(也用于工控领域)。

龙芯2号家族中，龙芯2K2000在去年12月中旬官宣流片成功，并完成初步功能调试、性能测试，达到设计目标。

它采用28nm工艺，并且是境内外同步进行，境外是FD-SOI(全耗尽型绝缘层上硅)技术，境内则是体硅技术，支持USB 3.0。

龙芯2K1500可以视为它的一个变种版本，今年年初流片成功，集成两个LA264核心，主频1.0GHz，支持DDR3、PCIe 3.0、SATA 3.0，典型工作场景下功耗不高于2.8W。

还有龙芯2K0300面向嵌入式，龙芯2P0600专用于打印机。

下一代的龙芯2K3000，将升级到12nm工艺平台，集成八个LA364 CPU核心、LG200 GPGPU图形核心，总线升级支持PCIe 4.0。

龙芯1号家族在2022年经历了一次调整，从早起的SoC、MCU两种类型改为全部做MCU，更加专一。

龙芯1C102、龙芯1C103已经在去年底流片成功，均采用LA132内核，其中前者主要面向智能家居、其他物联网设备，比如智能门锁类产品、电动助力车、跑步机等。

后者主要面向电机驱动类物联网产品，比如筋膜枪、修枝机、电锯、电扳手、跳绳机、风扇、汽车电子等。

下一步将是龙芯1C201，是一款高性能的MCU，详情未知，但看编号就知道提升幅度，架构自然是全新的。

另外还有龙芯1D100，主要面向流量表解决方案。

目前，龙芯中科自主的LoongArch指令集架构，从小巧的龙芯1C103，到庞大的龙芯3D5000，已经形成了完整的系列化产品。

有了好的硬件，更要有好的软件，才能协同释放性能，便于落地商用。

为此，龙芯设计了不同的基础版操作系统，便于客户二次部署，完成基础软件体系建设，包括桌面的Loongnix_Desktop，服务器的Loongnix_Server，工控嵌入式的Loongnix_Embedded、LoongOS、LoongWorks。

其中在嵌入式领域，Loongnix_Embedded是基于桌面版深度定制，进行简化、实时化，可以跟随Linux技术路线，拥有海量软件生态支持。

LoongOS参照开源社区Yocto自主研发，LoongWorks则基于vxWorks深度定制开发，达到了相当于DOS到Windows的飞跃。

在基础软件、应用软件的生态建设上，龙芯采取了二进制翻译的做法，实现跨平台兼容，打印机、浏览器、办公与日常软件、游戏等等都可以移植。

在历史上，Linux桌面还没有成功先例，IBM、Ubuntu都尝试又失败了，而龙芯的Linux桌面生态已经局部超过x86、Arm，预计到2023年底可以全面超过！

最后简单说说大家非常关心的制造工艺问题。

如今，国际(主要是美国)的半导体工艺依然处于绝对领先，而且优势巨大，但我们也要看到，先进工艺的发展正在放缓，所带来的效益提升也越来越小，摩尔定律渐渐失去了魔力，包括成本越来越高、功耗越来越高等等，不得不通过各种新的封装工艺弥补。

我国自主工艺还落后太多，但近些年取得了长足进步，可以基本满足自主CPU的需求。

其中，28nm可满足所有工控应用需求，14nm工艺已经实现稳定量产，可满足所有生产办公类信息化应用需求，5nm刻蚀机也有了。

经过20年的发展和积累，龙芯已经在2021年基本完成了自主CPU处理器和OS系统的“补课”工作，CPU性能达到市场主流水平，而且推出了自主的LoongArch龙架构指令集，基本完成了基础软件技术体系(接下来就是软件应用体系的建设)。

“十四五”期间，龙芯将努力完成“三个转变”，包括从技术“补课”到生态建设，从政策性市场到开放市场，从跟随发展到自主发展！

胡伟武表示，当前，龙芯已经开启了生态建设的新征程，构建与Wintel体系和AA体系“三足鼎立”的自主信息体系新格局，而信创替代一定要做到体系替代，只有从指令系统层面的独立创新，才是真正的自主。

2022年，鹤壁市和龙芯中科达成全面战略合作协议，以龙芯中科为龙头、龙芯产业链为核心，吸引龙芯产业生态链上下游企业聚集，打造“全场景+一基地+五中心”的龙芯生态产业链，促进鹤壁信创产业发展。

本次峰会上，还举办了龙芯生态产业园集中签约仪式，16家产业链代表性企业进行集中签约，合力助推全国信创产业发展。

共勉！

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