深度分析國產(chǎn)龍芯新架構(gòu)CPU：自主崛起 力拼英美

同頻性能接近Sandy Bridge實測數(shù)據(jù)分析

龍芯目前公布的實測數(shù)據(jù)主要是在RTL仿真以及硬件加速仿真驗證平臺上取得的，設(shè)定頻率為1GHz，如果實際芯片能夠運行在1GHz上，并且接口時序設(shè)定正確，它們和實際芯片運行性能是沒有什么差別的。

從表2可以看到，龍芯GS464E號稱訪存性能即內(nèi)存性能提高了10~20倍。據(jù)悉前代龍芯過于注重核心微結(jié)構(gòu)，內(nèi)存控制器設(shè)計則過于輕視，甚至連突發(fā)傳輸模式的支持都沒有做好，因此內(nèi)存性能非常低下。而這一次流式訪存性能暴漲則也是因為修正了內(nèi)存控制器的bug，同時加上了激進的多級預(yù)取機制的結(jié)果。以Memcpy和Stream-Copy兩個測試子項來看，龍芯的內(nèi)存控制器在操作雙通道DDR3-1000時，在局部性較好的流式訪問上距離Ivy Bridge + 單通道DDR3 1333的平臺還有20%左右的差距。

同時龍芯公布了Whetstone，Coremark，Dhrystone等幾個小型benchmark的測試結(jié)果，如表3所示。一般來說這幾個測試結(jié)果的可信度不如Spec，PARSEC等大型測試程序。但是這種小型測試能夠輕松地在龍芯RTL測試平臺上運行，該測試平臺可以給定靜態(tài)時序分析結(jié)果，并通過RTL代碼仿真一顆芯片，而無需流片，使用更加方便。

龍芯3A2000/3B2000的設(shè)計版圖

在其他程序測試中，GS464E處理器架構(gòu)在分支指令較多的Dhrystone，以及少量訪存操作的Coremark等測試中有40%以上的性能提升。

所幸龍芯還公布了Spec CPU 2000的測試結(jié)果，如表4所示目前GS464E在1GHz頻率下的整數(shù)性能得分為762，相對上一代漲幅104%左右，浮點性能達到1125分，提升幅度更加驚人，達到278%。其整體性能已經(jīng)非常接近同為1GHz頻率，采用Sandy Bridge核心的Core i5 2300。

若以Spec CPU 2000的初步測試結(jié)果作粗略估計，龍芯的IPC還是比較樂觀的，但從另一面看龍芯還不能提前開香檳慶祝。從最新披露的消息來看，基于GS464E架構(gòu)的龍芯處理器主要有3A2000、3B2000兩種。其中龍芯3A2000為單路四核桌面版本，龍芯3B2000則是支持雙路八核、四路十六核的服務(wù)器版本。

由于是新架構(gòu)的第一版產(chǎn)品，制造工藝仍舊是40nm，主頻只有1GHz左右?？紤]到頻率只有當(dāng)今Intel、AMD處理器的1/3，因此新一代龍芯處理器總體的絕對性能大約僅為Haswell的20%~30%左右。何時能采用更先進的28nm工藝生產(chǎn)，能否在新架構(gòu)上大幅提升工作頻率?還是一個大大的問號，龍芯仍有比較長的路要走。

結(jié)語：成功不可能一蹴而就

據(jù)筆者了解到的消息，龍芯目前已經(jīng)打入了軍方和航天市場，這兩個市場都對安全性極為重視，性能要求則相對比較寬松，龍芯的抗輻照版本問世后也裝上了北斗衛(wèi)星。中國那段由國家領(lǐng)導(dǎo)人親自出馬談判進口抗輻照芯片的過去可以宣告埋入歷史塵埃了，但龍芯要在民用市場上對抗Intel和AMD還是很難，畢竟絕對性能上差距過大，在短期內(nèi)恐怕仍無可能。

龍芯項目啟動迄今已過十五年，有過明察秋毫拒絕使用超長指令字結(jié)構(gòu)的睿智，但也同樣有過不知深淺“一步到位”的狂熱;有過在媒體上放話打敗Intel的自負，也有過公開承認(rèn)性能差距過大的誠懇，這些都已經(jīng)是龍芯成長歷程中被凝固的筆墨。

時過境遷，筆者認(rèn)為，對待今日龍芯的進步，我們需要拋開過往，保持足夠冷靜和理智，如計算所的前任所長李國杰院士2004年就在《科技日報》上撰文指出的那樣：

“我國CPU/SoC設(shè)計任重道遠”，“今后若干年內(nèi)，龍芯CPU的性能只能做到國外最高水平CPU性能的一半左右”，要時刻清醒地認(rèn)識到在這個國外已經(jīng)發(fā)展超過五十年(以亂序執(zhí)行發(fā)明的時間計算)。有十萬至數(shù)十萬頂尖水平從業(yè)者支撐的行業(yè)里面，龍芯以區(qū)區(qū)數(shù)百人的規(guī)模和幾十分之一到幾百分之一的投入做到幾分之一的性能已經(jīng)足堪自豪，至于追平和趕超，還是需要耐心。

不久前中國計算機協(xié)會舉辦的走進龍芯活動中，龍芯項目負責(zé)人胡偉武坦誠“乞丐與龍王比寶，越比越落后”，希望“重視整機性能，在每一個局部都不如別人的情況下實現(xiàn)整機性能的反超”，龍芯目前已經(jīng)將自己走向“支柱型CPU產(chǎn)業(yè)”的規(guī)劃劃到了2020~2030年，這將會是一場曠日持久的大戰(zhàn)。

如果成功了，中國CPU產(chǎn)業(yè)將多出一位內(nèi)能自給自足，外能力拼英美的巨頭，即便失敗，以龍芯項目這些年的投入，以及作為第一個國產(chǎn)亂序多發(fā)射高性能CPU的先驅(qū)所貢獻的經(jīng)驗和培養(yǎng)的人才來說，亦是能夠有所慰籍的。