放棄MIPS，龍芯為何推出自主指令集架構？

坤叔

芯片是電子設備中最基礎、最精密的元件，而如果把芯片制造流程比作蓋房子，那指令集架構就相當于地基，目前桌面計算機系統是x86指令集架構體系的天下，主導者是英特爾、AMD、NVIDIA等美國企業，移動端則是ARM指令集架構的王朝，市場主導是ARM和蘋果等歐美系企業。不難看出，贏在起跑線上的歐美科技壁壘一直是擋在芯片國產化面前的幾座大山，依托于底層架構帶來的龐大生態體系難以撼動，面對卡脖子基本是無力抵抗。

所以，從最根本的角度出發，我們需要一套屬于自己的自主架構，目前來看，在這方面走在最前面的，就是大家熟悉的龍芯。在2020年，龍芯就推出了完全自主指令集：龍架構（LoongArch）。從此，中國正式擁有了屬于自己的指令集架構生態。

自主指令集架構：打破桎梏的關鍵

其實在2019年之前，龍芯系列產品一直都在使用MIPS指令授權，作為x86和ARM之外的另一大指令集，MIPS擁有開源特性的同時還可以自由更改增加指令，正是因為這兩大特點，龍芯才會在2010年剛開始產業化時就選擇與MIPS合作，并購買了終身授權，希望能在MIPS上構建自治生態。但遺憾的是，2018年歐美開始針對我國科技企業卡脖子，MIPS在合作上也跟龍芯產生分歧，2019年更是直接宣布關閉開源計劃，這也就成為了龍芯轉攻自主架構的直接導火索。

但你可能會覺得，龍芯為什么可以在這么短的時間內實現從MIPS到龍架構的轉換呢？事實上即便MIPS不卡脖子，龍架構的出現也是必然，因為隨著技術積累和發展，MIPS已經不能滿足指令集拓展需求了，而龍架構在提前布局專利市場的同時，也已經獲得了獨立的Linux主線支持，還被GCC、.NET、Linux內核社區等國際主流開源組織所認可，從側面證明了龍芯的龍架構是一種沒有知識產權風險，獨立自主的CPU指令集架構。

其次，龍架構的中斷模型被ACPI接受，成為繼x86、ARM64之后的第三種ACPI支持的CPU架構，要知道MIPS、ARM32以及RISC-V都沒有成為ACPI規范的國際標準，ACPI規范作為可實現不同硬件設計需求的靈活配置，以操作系統為主導的電源管理方案，基礎性不言而喻。而龍架構的中斷模型寫入ACPI規范也意味著行業金標準的認可。

產品性能迭代迅速，逐步實現自主可信可控

在2018年中興遭遇美國“封殺”事件之后，中國工程院院士倪光南就曾撰文指出：“任何事物的發展都有個過程。具體到網絡信息技術領域，從用戶體驗來說，有個比較站得住腳的共同規律，是從不可用到可用，從可用到好用。”龍芯在2019年推出的最后一代基于MIPS指令集的3A/3B4000已經做到了可用的水準，大幅縮小了與當時主流英特爾/AMD芯片的性能差距。更換為龍架構就意味著重新進行軟硬件的兼容優化，相當于房子推倒gcj重新打地基，但即便如此，在2022年推出的龍芯第四代產品3A6000和3A7000，其中3A6000的IPC性能與AMD銳龍55600G和英特爾Corei71165G7相差不大，趕上了國際主流水準。而根據路線圖，3A6000預計會在2023年，也就是今年正式推出，這意味著國產芯片在更換自主架構后，性能也依舊保持了較高增速。

即便如此，也不要忽略了生態壁壘的影響，在優化到位的情況下雖然可以勉強跟上英特爾、AMD的商用產品步伐，但就大宗PC商業市場來說還有巨大的差距，龍架構目前的目標還是面向需要自主可控可信的行業，發展不會被卡脖子的基礎軟件生態，比如操作系統內核、編譯器、應用程序等等。而如果要進行第三方兼容，就需要跟隨其他生態版本的迭代進行調整，這意味著總是會慢半拍甚至斷代，所以龍架構的主要賽道還是信息技術應用創新產業。

這也正是“十四五”規劃和2035遠景目標綱要中的重點，目前基于龍芯龍架構打造的桌面電腦、服務器等產品已經廣泛應用于黨政、能源、交通、教育等多個行業。芯片產業其實并不存在所謂的“彎道超車”，我們必須要正視國產芯片落后于國際的事實，目前我們的小目標仍然是“讓中國人用上完全自主的CPU”！