龍芯“十三五”研發(fā)情況匯報

龍芯“十三五”研發(fā)情況匯報

龍芯中科技術(shù)有限公司2016.07.08什么是自主可控原總裝科技委盧錫城院士認為，自主可控至少應(yīng)包括三個方面的涵義：信息系統(tǒng)的軟硬件在設(shè)計或制造階段不會被對手插入惡意功能，導致潛在的不安全隱患；無論平時、戰(zhàn)時都能按需提供相應(yīng)的軟硬件產(chǎn)品，供應(yīng)保障不受制于人；掌握核心技術(shù)，軟硬件產(chǎn)品能適應(yīng)技術(shù)進步或需求變化自主發(fā)展。

判斷自主可控也可從從芯片設(shè)計生產(chǎn)的三個主要階段去判斷：前端設(shè)計：邏輯源代碼是否全部自主可控，設(shè)計創(chuàng)新能力螺旋上升；后端設(shè)計：物理設(shè)計過程中需要對原有的邏輯、時鐘、測試等進行優(yōu)化和改動，輸出最終版圖，后端實現(xiàn)過程是否自主可控；流片生產(chǎn)：晶元生產(chǎn)、封裝、測試過程是否可控；

華為對自我的評價什么是自主可控體系結(jié)構(gòu)（ISA）可控自主設(shè)計指令系統(tǒng)，或者結(jié)構(gòu)授權(quán)（ArchitectureLicense）：可擴充指令，可視作永久授權(quán)（保障性）微結(jié)構(gòu)（Microarchitecture）自主設(shè)計是決定性能、功耗、成本、安全性的最重要因素是CPU最核心的技術(shù)，是CPU設(shè)計能力的最重要體現(xiàn)流片渠道可控（境內(nèi)流片）：是保障性的必然要求龍芯的實踐表明：在境內(nèi)流片完成高性能CPU是可行的所謂境內(nèi)工藝不夠用，是因為沒有掌握CPU設(shè)計的核心技術(shù)自主CPU的鑒別方法不能用“測”和“評”技術(shù)的方法，只能用“審”和“考”能力的方法龍芯三個產(chǎn)品系列定位面向桌面/服務(wù)器類應(yīng)用的龍芯3號“大CPU”系列：Intel的酷睿/至強系列面向工控和終端類應(yīng)用的龍芯2號“中CPU”系列：Intel的阿童木系列面向特定應(yīng)用定制的龍芯1號“小CPU”系列：根據(jù)應(yīng)用需求定制三大系列研發(fā)思路高端系列（龍芯3號系列，定位為酷睿/至強系列）采用兩片方案：CPU+橋片CPU4-8核，有系統(tǒng)總線接口（HT），支持多路直連，兼顧桌面和服務(wù)器在沒有完全掌握GPU技術(shù)之前，GPU與橋片集成在一起，也可以外接低端系列（龍芯2號系列，定位為阿童木系列）采用單片SOC方案雙核，集成SATA、USB、GMAC、GPU、音視頻等接口低電壓低功耗專用系列（龍芯1號系列，結(jié)合需求定制）龍芯1D流量表專用芯片，龍芯1E/1F“上天”專用，龍芯1H“入地”專用每1-2年定制一款“有難度”的專用芯片，避免國內(nèi)惡性競爭龍芯3號系列研制計劃第一代產(chǎn)品：使用GS464處理器核，四核+八核四核3A1000（tock）：900MHz，65nm，2010年產(chǎn)品八核3B1500（tick）：1.2GHz，32nm，2013年產(chǎn)品第二代產(chǎn)品：使用GS464E處理器核，先把四核做精四核3A2000/四核3B2000（tock）：境內(nèi)40nmLL，1.0GHz，2016Q1量產(chǎn)四核3A3000/四核3B3000（tick）：28nmSOI，>1.5GHz，2016Q1流片第三代產(chǎn)品：繼續(xù)優(yōu)化處理器核，四核+八核主要結(jié)構(gòu)優(yōu)化：向量指令、安全機制、內(nèi)存計算四核3A4000/八核3B4000（tock）：28nmSOI，>2.0GHz，2018年流片四核3A5000/八核3B5000（tick）：14nm，>2.5GHz，2020年流片四核3B2000/3000系列支持多路直連龍芯橋片計劃龍芯3號采取CPU+橋片模式，早期的龍芯2號也需要橋片使用HT接口：3A1000（HT1.0）、3B1500（HT2.0）、3A2000（HT3.0）早期的龍芯2號使用PCI接口：2F、2J龍芯橋片的發(fā)展第一代使用非自主橋片：PCI橋片AMD5536，HT橋片AMD780E第二代SOC兼顧橋片應(yīng)用：PCI橋片龍芯1A，HT橋片龍芯2H第三代專用橋片研制：龍芯7號系列（7與橋諧音）龍芯7A：龍芯CPU首款專用橋片，將于2016H2推出接口豐富：PCIE*24、SATA*2、USB*3、GMAC*2…雙顯示接口，內(nèi)置GPU（2D能力強，3D能力一般）通路性能高，適用于桌面和服務(wù)器龍芯2號系列研制計劃目前的主要產(chǎn)品單核2F0800：800MHz，四發(fā)射64位單核，90nm，2010年產(chǎn)品，PCI接口單核2J1000：800MHz，GS464核，65nm，2013產(chǎn)品，高質(zhì)量等級單核2H1000：800MHz，GS464單核，65nm，2013年產(chǎn)品，接口豐富：PCIE*4、USB*6、SATA*2、GMAC*2、2D/3DGPU、HDA……基于雙發(fā)射232E處理器核，提高性能降低功耗雙核2K1000：1GHz，40nmLL，雙GS232E處理器核，2016H1流片2K2000：1.5GHz，28nmSOI，雙/四GS232E處理器核，2017H2流片GS232E處理器核的性能是GS464處理器核的1.5倍

GS232EGS464(2F、3A)相對GS464性能提升ARMCortexA9ARMCortexA15單線程memcpy3.1GB/s0.45GB/s5.89倍1.1GB/s3.2GB/sDMIPS/MHz2.341.6740%2.503.50Cmark/MHz4.372.6863%3.974.68龍芯1號系列研制計劃“通用”嵌入式CPU：形成系列1A、1B、1C：正在逐漸走向市場（如2015年銷售15000多片1Bi）應(yīng)用周期長，供應(yīng)周期長，面向行業(yè)應(yīng)用利潤高“專用”嵌入式CPU：做有難度的、取代歐美企業(yè)的芯片1D：流量表（水、熱、氣）專用，MCU+模擬電路1E/1F：“上天”，抗輻照1H：“入地”，耐175攝氏度高溫，石油鉆頭專用“十三五”期間結(jié)合應(yīng)用需求增加3-5款龍芯1號CPU在流量表、上天、入地領(lǐng)域持續(xù)改進，領(lǐng)域內(nèi)形成系列；新開拓專用領(lǐng)域1-2個；面向物聯(lián)網(wǎng)，新增1-2款“通用”嵌入式CPU核心IP必須自主掌握三大系列CPU核持續(xù)改進和發(fā)展GS132系列（最新版GS132E）：單發(fā)射32位，靜態(tài)流水GS232系列（最新版GS232E）：雙發(fā)射32/64位，動態(tài)流水GS464系列（最新版GS464E）：四發(fā)射64位，動態(tài)流水片內(nèi)互聯(lián)總線及系統(tǒng)總線片內(nèi)AXI、AHB、APB互聯(lián)總線系統(tǒng)總線HT1.0、HT2.0、HT3.0及相關(guān)PHY內(nèi)存控制器SDRAM、DDR2、DDR3、DDR4及相關(guān)PHY就差GPU：“十三五”期間一定要掌握GPU技術(shù)目前2D已經(jīng)掌握，3D要加大投入外圍的IP（USB、GMAC、SATA等）不妨用商業(yè)的（PCIE爭取掌握）其余小IP（SPI、ECCNAND、CAN、1553B等）順手自己就做了“十三五”通用系統(tǒng)生態(tài)建設(shè)的兩個層面API層面：目前：與應(yīng)用緊密相關(guān)的軟件，包括瀏覽器、QT、JAVA、媒體播放器、GIS未來：設(shè)計融合Linux、Android、Windows（.NET）主要API的瘦身型OS微軟在Windows上實現(xiàn)Android的APIISA層面：目前：與硬件緊密相關(guān)的軟件，包括內(nèi)核、編譯器與C庫、圖形圖像庫、數(shù)學庫未來：通過二進制翻譯實現(xiàn)與X86和ARM的二進制兼容Intel在平板領(lǐng)域通過二進制翻譯實現(xiàn)與ARM兼容最后建設(shè)打破籬笆墻的“大同”生態(tài)體系技術(shù)上證明沒問題，就是投入與工程實現(xiàn)搞明白后，就那點套路：寇可往、我亦可往“十三五”龍芯基礎(chǔ)軟件平臺OEM/ODM（龍夢…）昆侖固件（BIOS）操作系統(tǒng)、辦公軟件（中標、普華、中興、金山等）銳華、天熠、天脈、道系統(tǒng)

VxWorks應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件中間件（金蝶、中創(chuàng)、東方通）數(shù)據(jù)庫（達夢、金倉、神舟）瀏覽器、JAVA、QT、GCC…龍芯

CPU+龍芯橋片嵌入式操作系統(tǒng)平臺形成特色與國內(nèi)主要嵌入式操作系統(tǒng)完成適配面向顯控/指控的圖形顯示形成特色完善“人機交互”和“機機交互”API，形成面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)平臺通用操作系統(tǒng)平臺完成補課對主要API（Java、JS、QT、GIS、數(shù)學庫等）進行深度優(yōu)化維護龍芯社區(qū)版（）支持國內(nèi)操作系統(tǒng)及整機企業(yè)規(guī)范適用、統(tǒng)一標準QT、mesa、GIS顯控等BSP包分步走建立自主軟硬件體系滿足單一應(yīng)用（2015年前）自主軟硬件滿足基于嵌入式OS的單一應(yīng)用如武器裝備、工業(yè)控制等已經(jīng)沒有問題以“拿金牌”作為主要目標的HPC也是單一應(yīng)用，可以做到世界第一已經(jīng)形成共識，沒有人懷疑（但十年前沒有人相信，五年前多數(shù)人是懷疑的）滿足固定應(yīng)用（2020年前）正在結(jié)合辦公系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)等復雜的固定應(yīng)用開展適配優(yōu)化工作，這些應(yīng)用涉及OS、數(shù)據(jù)庫、中間件、瀏覽器、辦公軟件、Flash、GIS等，雖然復雜，但有邊界再經(jīng)過1-2年努力，自主軟硬件可滿足與國家安全及國民經(jīng)濟安全相關(guān)的固定應(yīng)用滿足開放市場應(yīng)用（2020年后）只要自主軟硬件在固定應(yīng)用市場站住腳跟，整個市場占有率超過5%，就能吸引大量的軟件和應(yīng)用主動加入自主軟硬件生態(tài)系統(tǒng)，在開放市場形成自主的生態(tài)生態(tài)建設(shè)的效果開始顯現(xiàn)打通技術(shù)鏈，明確性能機理，在每個局部都不如國外系統(tǒng)的情況下做到整體性能優(yōu)于國外系統(tǒng)（蘋果公司也是這個套路）某數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，X86服務(wù)器需要50分鐘，龍芯服務(wù)器優(yōu)化前8小時，優(yōu)化后80秒；某諸元計算應(yīng)用，X86酷睿平臺4.5分鐘，龍芯平臺優(yōu)化前20分鐘，優(yōu)化后3.5分鐘某雷達顯控應(yīng)用，X86i7每秒20幀，經(jīng)過與應(yīng)用深度優(yōu)化，龍芯平臺上每秒25幀顯控和指控類應(yīng)用，龍芯的生態(tài)好于X86和ARM傳統(tǒng)工控操作系統(tǒng)（VxWorks等）主要強調(diào)實時性和可靠性，API簡單顯控和指控類應(yīng)用對“人機交互”和“機機交互”有很高要求龍芯研制了基于VxWorks的圖形及GIS顯控包，比X86和ARM完善好生態(tài)是做出來的，不是跟出來的會做CPU不稀奇，難的是會做生態(tài)小結(jié)

堅持自主創(chuàng)新會面臨很多困難和問題，關(guān)鍵是碰到困難和問題時采取什么樣的態(tài)度。CPU的產(chǎn)業(yè)化更需要科學精神和實事求是的態(tài)度，通過與應(yīng)用的磨合發(fā)現(xiàn)問題，并在解決問題的過程