Loongson — универсальная микропроцессорная архитектура , разработанная Академией наук Китая с целью создать альтернативу изделиям от Intel и AMD . Главный конструктор — профессор (кит.) ( (Weiwu Hu) из (англ.) ( . Хотя первоначальное название архитектуры — Godson — было изменено на Loongson, процессор, в отличие от архитектуры, по-прежнему часто называют Godson.

В 2002 году тремя организациями — Институтом компьютерных технологий, Академией наук Китая и группой Jiangsu Zhongy Group — была основана компания ( корпорация ) ( Пекин ), которая занимается разработкой 32- и 64-разрядных версий процессора, в том числе и встраиваемой версией, а также программного обеспечения для него и демонстрационных моделей.

В стадии проектирования находятся ещё две разработки — Longmeng и Sinomanic .

Название

Первоначально разработка называлась Godson , что по-английски означает «крёстный сын». Затем был предложен вариант Loongson , что можно перевести как «сын дракона ». Китайское название 龙芯 ( палл. лунсинь ) означает «драконовое ядро».

История развития

Набор команд первых процессоров был фактически совместим с архитектурой MIPS .

В марте 2006 года на выставке Computex 2006 в Тайбэе было объявлено о работах по созданию на основе процессора Godson II прототипа полноценного компьютера Longmeng («Сон дракона»). Компания также заявила о разработке устройства Municator YSR-639 , компактного компьютера на базе 400 МГц Godson II.

Версия 2E

В сентябре 2006 года было объявлено о разработке версии Loongson IIE (Godson IIE), содержащей 47 млн транзисторов , также 64-битной, работающей на частоте 1 ГГц и поддерживающей набор команд .

Сотрудничество с STMicroelectronics

В марте 2007 году был сделан важный шаг — компания STMicroelectronics приобрела лицензию MIPS на юридически корректный массовый выпуск микропроцессоров семейства Godson. Выпускаемая модель рассчитана на 1 ГГц и 90-нм технологический процесс. Это стало возможным благодаря STMicroelectronics . На сайте компании приведены следующие характеристики процессора Loongson 2Е :

• суперскалярная архитектура ;
• 64-битная архитектура, four-issues out-of-order;
• типичная частота 700 МГц;
• 64 КБ кеш-память команд; 64 КБ кеш-память данных;
• 512 КБ кеш-память 2-го уровня (L2);
• контроллер DDR -памяти на кристалле;
• лучшее потребление энергии в своём классе — 4 Вт TDP при 700 МГц
• архитектура MIPS
• технологический процесс 90 нм.

По заявлению компании STM, опытные партии уже поставляются отдельным заказчикам, лицензия на постоянный выпуск получена на ближайшие 5 лет .

Несмотря на то, что процессор содержит 47 млн транзисторов (для сравнения, в Pentium 4 — 42 млн), он потребляет всего 3—8 Вт. На конец 2006 г. было запланировано усовершенствование процессора до версии 2F, которая принесёт на 30 % большую производительность и 50%-ю экономию потребляемой энергии; его промышленное производство должно начаться до 2008 г. 13 ноября 2006 Китайской академией наук было объявлено о готовности Godson 2E к массовому производству. Директор Института компьютерных технологий Академии наук Китая Ли Гоцзе (李国杰) рассказал журналистам, что скачок в возможностях между вариантами 1 и 2В процессора был двукратным, а между 2В, 2С и 2Е — трёхкратным. Он заявил, что в среднем возможности их процессора удваиваются каждый год, то есть в 2 раза быстрее, чем по «Закону Мура », и что КНР сумеет «объединить серию небольших прорывов в один большой скачок».

Заявлено, что компьютеры на основе 600-МГц Godson 2E продаются в Китае по цене 1599 юаней (ок. 200 долл. США) без монитора, мыши и клавиатуры.

В 2022 г. Китай запретил поставки собственных процессоров Loongson на внешний рынок .

Особенности архитектуры

Loongson I

Первое поколение, Loongson I, представляет собой 32-разрядный процессор , работающий на частоте 266 МГц. Ориентирован на встраиваемые системы , например, такие как кассовые терминалы , где не требуется высокая производительность и 64-разрядность. Впервые увидел свет в 2002 г.

Loongson II

Второе поколение, Loongson II, является 64-разрядным. Изначально работал на частоте 500 МГц. Версия процессора 2Е рассчитана на увеличенную тактовую частоту 1 ГГц. Версия процессора Godson-2F работает на частоте 1,2 ГГц. Исследования показали, что данный процессор является архитектурно совместимым с процессором MIPS , но производитель не имел лицензии на реализацию архитектуры MIPS.

26 декабря 2007 года Китай объявил о намерении построить суперкомпьютер на основе своих процессоров. Команда создателей под руководством академика Чэнь Голяна (陈国良), профессора Университета науки и техники Китая , планирует использовать 330 процессоров Godson-2F. Размеры суперкомпьютера приблизительно соответствуют размерам бытового холодильника, стоимость не должна превышать 800 000 юаней .

Loongson III

Поколение Loongson III разрабатывается с расчётом на работу на 1 ГГц и несколько (от 4 до 16) ядер. В 2011 году Китай объявил о выпуске процессора Godson 3b с пиковой производительностью 128 Гфлопс, потребляющего всего 40 Вт электроэнергии.

Расширения наборов инструкций

В архитектуре GS464E (начало-середина 2010-х) были полностью реализованы команды MIPS64 Release 3. Дополнительно к ним были созданы расширения:

• LoongBT — вспомогательные инструкции, ускоряющие двоичную трансляцию кода x86 и ARM
• LoongVM — расширения для виртуальных машин ;
• LoongSIMD — векторные расширения для 128- и 256-битных векторов.

Набор инструкций GS464E иногда называют LoongISA.

Микроархитектура LoongArch

Архитектура LoongArch будет во всех процессорах Loongson, которые разрабатываются с 2020 года. Об анонсе архитектуры LoongArch и переводе процессоров Loongson на новую архитектуру с одновременным отказом от микроархитектуры MIPS было объявлено в апреле 2021 года.
Новая система команд в LoongArch поддерживает около 2000 инструкций и включает в себя все необходимые расширения, включая векторные инструкции, виртуализацию и двоичную трансляцию. Она может транслировать в понятные процессорам Loongson коды команды всех ведущих операционных систем и приложений. (процессоры Loongson на архитектуре MIPS теряли на трансляции до 20 % производительности).

Новые 12-нм процессоры Loongson 3A5000 на микроархитектуре LoongArch поступят в массовое производство летом 2021 года.

Спецификация процессоров

Имя	Модель	Частота [МГц]	Архитектура Версия	Год	Ядер	Процесс [нм]	Транзисторов [млн.]	Размер кристалла [мм²]	Потребление [Вт]	Кэш L1I/L1D [КБ]	Кэш L2 [КБ]	Кэш L3 [MB]	Производительность
Godson-1	1	200	MIPS 32-bit	2002	1	180	--	--	1	8/8	нет	нет	19/25 [SPEC CPU2000]
Godson-2	2B	250	MIPS-III 64-bit	2003	1	180	--	--	--	32/32	нет	нет	52/58 [SPEC CPU2000]
	2C	450	MIPS-III 64-bit	2004	1	180	13.5	41.5	--	64/64	нет	нет	159/114 [SPEC CPU2000]
	STLS2E	1000	MIPS-III 64-bit	2006	1	90	47	36	7	64/64	512	нет	503/503 [SPEC CPU2000]
	STLS2F	1200	MIPS-III 64-bit	2007	1	90	51	43	5	64/64	512	нет	--
	L2G	1000	MIPS64	2010	1	65	--	--	--	64/64	1024	нет	--
Godson-3	STLS3?	1000	MIPS64	2009	4	65	400+	--	10	64/64	2048	нет	--
Loongson 3A1000	STLS3?	1000	MIPS64 (GS464)	2010	4	65	--	--	15	64/64	4096	нет	16 GFLOPS пиковой производительности
Godson-3b	STLS3?	1000	MIPS64	2011	8	65	600+	300	40	64/64	2x2048	нет	128 GFLOPS пиковой производительности
Loongson 3B1500		1200	MIPS64 (GS464)	2014?	8	32	1140	182	30/60	64/64	8x128	8	150 GFLOPS пиковой производительности
Loongson 3A2000		800-1000	MIPS64 (GS464E)	2014	4	40	--	--	15	64/64	4х256	4	16 GFLOPS пиковой производительности
Loongson 3B2000		800-1000	MIPS64 (GS464E)	2014	4	40	--	--	15	64/64	4х256	4	До 16 GFLOPS
Loongson 3A3000(3B3000)		1350-1500	MIPS64 (GS464E)	2016	4	28	--	--	30	64/64	4х256	8	До 24 GFLOPS 11 int / 10 fp по тесту SPEC CPU2006
Loongson 3A4000(3B4000)		1500-2000	MIPS64 (GS464v)	2019	4	28	--	--	30-50	64/64	4х256	8	До 128 GFLOPS на частоте 2 ГГц ~20 очков по SPEC CPU2006
Loongson 3A5000(3B5000)		2300-2500	loongarch64 (GS464V)	2021	4	12	--	--	35	64/64	4x256	16	До 160 GFLOPS на частоте 2.5 ГГц
Godgson 3C5000		2100-2300	loongarch64 (GS464V)	2022	16	?	?	?	?	?	?	32	До 560 GFLOPS

Операционные системы

Следует заметить, что Godson несовместим с набором команд x86 , и использует модифицированный набор MIPS , с заменой некоторых команд на аналогичные, разработанные Институтом компьютерных технологий.

Для работы на этом процессоре были портированы Debian GNU/Linux , gNewSense , Gentoo Linux , Red Flag Linux , NetBSD , OpenBSD ]. Ведётся работа по подготовке версии Slackware Linux ; также в рамках проекта Google Summer of Code 2010 закончилась работа по портированию FreeBSD .

С некоторой информацией о практическом использованием можно ознакомиться в блогах «My CPU is Loongson» и «CinnamonPirate» .

Операционные системы, спроектированные для работы только на архитектуре x86, на Godson работать не могут (десктопные операционные системы Microsoft , такие как MS-DOS или Microsoft Windows ). Тем не менее, операционная система Windows CE , ориентированная на компактные и встраиваемые устройства, была портирована на процессор .

Примечания