龙芯一号
龙芯一号(英语:Loongson,旧称GODSON[1])是中国科学院计算所自主开发的通用CPU(CPUIP核是兼顾通用及嵌入式CPU特点的32位处理器内核),采用类MIPSIII指令集,具有七级流水线、32位整数单元和64位浮点单元。第一型的速度是266MHz。
龙芯一号CPUIP核具有高度灵活的可配置性,方便集成的各种标准接口。图1显示了龙芯一号CPUIP核可配置结构,其中虚线部分表示用户可根据自己的需求进行选择配置,从而定制出最适合用户应用的处理器结构。主要的可配置模块包括:浮点部件、多媒体部件、内存管理、Cache、协处理器接口。浮点部件完全兼容MIPS的浮点指令集合,浮点部件及其相关的系统软件完全符合ANSI/IEEE754-1985二进制浮点运算标准。浮点部件主要包括浮点ALU部件和浮点乘法/除法部件,用户可根据自己的实际应用选择是否添加。媒体部件复用了MIPS浮点指令的Format域,并复用了浮点寄存器堆,媒体指令集基本对应了IntelSSE媒体指令集合的各种操作。
龙芯一号在通用CPU体系结构设计方面采用了许多先进的微处理器的设计与实现技术,在动态流水线的具体实现和硬件对系统安全性的支持方面,有独特创新,并申请了专利。 龙芯一号CPU在片内提供了一种特别设计的硬件机制,可以抗御缓冲区溢出攻击。在硬件上根本抵制了缓冲区溢出类攻击的危险,从而大大的增加的服务器的安全性。因此,使用龙芯一号CPU可以构成更为安全的网络安全服务器、网络安全网关、网际防火墙、服务器网卡等对网络安全有特殊需求的产品及应用。基于龙芯CPU的网络安全设备可以满足国家政府部门、广大企业机关等对于网络与信息系统安全的需求。
内存管理部件有三种工作模式,即标准模式、直接映射模式和无映射模式。在标准模式下,TLB分为ITLB和DTLB两部分,每部分均由48项页表项组成,同时支持mapped和unmapped的从虚拟地址到物理地址的变换方式;TLB也可只进行直接映射,不使用CAM和RAM,以减小面积;而无映射模式下甚至可以去掉TLB,采用直连SRAM的形式实现访存。龙芯一号CPU IP核的Cache分为指令Cache和数据Cache,两部分独立配置,以4K为一路,可配置为4路、2路和0路。用户可根据应用需要,确定所需Cache的大小,甚至不使用Cache。协处理器接口为外部协处理器提供了一个高效率的接口。龙芯一号CPU IP核提供了两套可配置的处理器总线接口:AMBA接口和哈佛结构SRAM接口。
龙芯一号CPU可以运行大量的现有应用软件与开发工具。支持最新版本的Linux、VxWork,Windows CE等操作系统。基于龙芯一号CPU的服务器,可以运行Apache Web、FTP、Email、NFS、X-Window等服务器软件。
2001年5月,在(中国大陆)中科院计算所知识创新工程的支持下,龙芯课题组正式成立。
2001年8月19日,龙芯1号设计与验证系统成功启动linux操作系统,10月10日通过由中国科学院组织的鉴定。
2002年8月10日,首片龙芯1号龙芯XIA50流片成功。
2002年9月22日龙芯1号通过由中国科学院组织的鉴定,9月28日举行龙芯1号发布会。中国人大常委会副委员长路甬祥、全国政协副主席周光召参加了龙芯1号发布会。
CPU是各类电子系统的核心。因为缺乏自主的CPU技术,也直接或间接导致我们很多产业中的许多技术和产品要依靠进口。如果不掌握核心技术,我们的武器装备和核心装备,国家安全也将受到严重的威胁,因此国家将微处理器列为重要的发展方向。对PC产业来讲,包括联想、方正这样的大企业利润也是相当低的,主要原因就是我们买别人的芯片来组装,只是一个组装工厂而已。而且,在国际CPU巨头AMD与英特尔的明争暗斗中,中国PC厂商无论怎样都掩盖不了“看他人脸色”的尴尬处境,既要哄着占有份额优势的英特尔,又不敢得罪价格占优的AMD,而这一切都缘于我们无“芯”可挑大梁,缘于中国PC业长期以来没有占据技术的制高点。
2002年9月28日中国科学院新闻发言人在中科院计算所迎十六大创新成就展上隆重宣布,在中科院知识创新工程和国家863计划支持下,计算所研制成功龙芯一号通用处理器,已通过产品测试与专家鉴定,可投入商品化生产。一石激起千层浪,社会各界对这一重大成果盼望已久,反映热烈。在龙芯一号CPU研制过程中,面临一系列的技术决策。技术路线正确与否不仅影响科研的进度,而且将决定龙芯CPU未来的命运。中国科技界与产业界至今对如何快速而健康地发展我国IC产业,特别是对如何发展CPU产业还没有达成共识。
[1] 世界网络 http://www.linkwan.com/gb/articles/cpu/19.htm
[2] 中国IC网 http://www.ic37.com/htm_news/2008-11/183727_226692.htm
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