Loongson Technology (, драконовое ядро) — бесфабричная компания - разработчик процессоров общего назначения. Ранее разрабатывала линейку MIPS-совместимых процессоров. Ныне разрабатывает процессоры на собственной архитектуре Loongarch. Альтернативное название процессоров — Godson, происходит от технического наименования.
В ранних реализациях процессоров не хватало четырех инструкций, запатентованных MIPS Technologies (US4814976A, Unlighted Load Store), таким образом Китай пытался избежать юридических проблемChina's Microprocessor Dilemma.
Позже соглашение с американской MIPS Technologies было заключено Институтом компьютерных технологий Китайской академии наук. Европейская STMicroelectronics приобрела лицензию MIPS у американцев для LoongsonMIPS Technologies Licenses MIPS64 Architecture to STMicroelectronics Godson-3 Emulates x86, в результате чего процессоры могли позиционироваться как основанные на MIPS и MIPS-совместимые, а не просто MIPS-подобные. В дальнейшем китайский институт купил лицензии на использование MIPS32 и MIPS64 напрямую у MIPS TechnologiesChina's Institute of Computing Technology Licenses Industry-Standard MIPS Architectures .
На базе процессоров Loongson планировалось собирать персональные компьютеры Longmeng и Sinomanic.
История Разработка процессоров Godson, основанных на архитектуре MIPS, была начата под руководством (Hu Weiwu) Институтом компьютерных технологий Китайской академии наук в 2001 году. Целью проекта называли создание «высокопроизводительных микропроцессоров общего назначения», это была часть плана «Сделано в Китае», который должен был быть реализован к 2025 году. Разработку пытались финансово поддержать в 10-й и 11-й «пятилетках» Китая.
Исследования показали, что процессор Godson-2 (2005) являлся попыткой скопировать популярный американский процессор MIPS R10000 1995 года от компании MIPS Technologies, но производитель не имел лицензии на реализацию архитектуры MIPS.
В марте 2006 года на выставке Computex 2006 в Тайбэе было объявлено о работах по созданию на основе процессора Godson-2 прототипа персонального компьютера Longmeng («Сон дракона»). В сентябре 2006 года было объявлено о разработке версии Loongson-2E (Godson-2E), поддерживающей набор команд 64-битной MIPS III и работающей на частоте 1 ГГц. Директор Института компьютерных технологий Академии наук КНР Ли Гоцзе (李国杰) рассказывал журналистам, что скачок в возможностях между вариантами 1 и 2В процессора был двукратным, а между 2В, 2С и 2Е — трёхкратным. Он заявлял, 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».
В 2010 году компания была коммерциализирована как отдельная организация. Поскольку Loongson является бесфабричной, процессоры для неё изготавливает и продает европейская компания STMicroelectronics, она же первоначально и приобрела для Loongson лицензию у MIPS Technologies.
В 2022 году Китай ввёл запрет на поставки процессоров Loongson в Россию и другие страныКитай запретил поставки собственных процессоров в Россию и другие страны. // 13 декабря 2022
Особенности архитектуры
Loongson I Первое поколение, Loongson I, представляет собой процессор с 32-битной MIPS-архитектурой, 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 году.
Loongson II Второе поколение, Loongson II — это семейство MIPS III совместимых 64-разрядных процессоров. Изначально работал на частоте 500 МГц. Версия процессора 2Е (2006) рассчитана на увеличенную тактовую частоту 1 ГГц. Версия процессора Godson-2F (2007) работает на частоте 1,2 ГГц.
26 декабря 2007 года Китай объявил о намерении построить суперкомпьютер на основе этих процессоров. Команда создателей под руководством академика Чэнь Голяна (陈国良), профессора Университета науки и техники Китая, планировала использовать 330 процессоров Godson-2F. Размеры суперкомпьютера должны были приблизительно соответствовать размерам бытового холодильника, стоимость не должна была превышать юаней.
Поздние версии процессоров получили поддержку MIPS64 благодаря общему с Loongson 3 ядру GS464.
Loongson III Поколение Loongson III — это первые процессоры Loongson, имеющие несколько ядер.Процессоры были изначально разработаны для использования LoongISA - т. е. MIPS64 ISA с дополнительными расширениями. Дизайнеры также попытались оптимизировать двоичную трансляцию кода архитектуры Intel x86.
Расширения наборов инструкций Архитектура MIPS64 Release 2 с расширенным набором инструкций была реализована в процессорах Loongson 3A2000 (2015 год) в рамках ядра GS464E. LoongEXT — расширения общего назначения LoongVZ — расширения виртуализации «VZ», представленные в MIPS64 Release 5 LoongBT — вспомогательные инструкции, ускоряющие двоичную трансляцию x86 и ARM LoongSIMD — векторные расширения для 128-битных SIMD Архитектура MIPS SIMD (MSA), DSP и VZ модули из MIPS Release 5
LoongArch LoongArch была продемонстрирована в 2021 году с выходом Loongson 3 5000 серии. Разработчик из компании Loongson описывает её как RISC архитектуру «немного похожую на MIPS или RISC-V. Она включает в себя урезанную 32-битную (LA32R), стандартную 32-битную (LA32S) и 64-битную (LA64) версии».
LoongArch часто называют форком архитектуры MIPS64r6 из-за отсутствия изменений в списках инструкций.
Издание The Register в ноябре 2021 предположило, что компания Loongson взяла части архитектур MIPS и RISC-V, а также дополнительные инструкции, и смешала их в гибридную архитектуру для процессора 3A5000.
Loongson IV В конце 2023 года вышли процессоры Loongson 4 поколения. Обновление принесло удвоение максимального количества ядер, увеличение объёма кэш-памяти, существенное увеличение производительности.
Loongson V В 2024 году анонсирован выход процессоров Loongson 5 поколения, выпуск в 2025 году. Обновление принесёт удвоение максимального количества ядер, рост частот, увеличение производительности, переход на более современный техпроцесс 7 нанометров, возможно внедрение более современного типа памяти DDR5.
Loongson VI В период с конца 2025 по 2026 г.г. планируется выпуск процессоров Loongson 8000 серии. Техпроцесс 5 нм (SMIC FinFET N+2), частота 2,8-4,2 ГГц, ~10.5 млрд транзисторов, размер кристалла ~200 мм² (15.2×13.1 мм, включая NPU), модернизированный кэш по объёму и скорости, энергопотребление от 35 до 600 ватт (для 3F9000 потребуется жидкостное охлаждение), поддержка памяти DDR5-6400 , также планируется внедрение PCI-E 5.0 и AI-блок, дающий дополнительные 15–240 TOPS в зависимости от модели.
Loongson VII В период с конца 2027 по 2030 г.г. планируется выпуск процессоров Loongson 9000 серии. Техпроцесс 3 нм (SMIC N+3), частота 2,8-5,0 ГГц, ~18 млрд транзисторов, размер кристалла ~240 мм²-900 мм², модернизированный кэш по объёму и скорости, энергопотребление от 35 до 600 ватт, поддержка памяти DDR5-8000 (до 1 ТБ/с пропускной способности) и HBM (в серверной версии), также планируется внедрение PCI-E 6.0 (256 линий конфигурация 8×32), CXL 3.0: Поддержка когерентной памяти до 4 ТБ и AI-блок, дающий дополнительные 400–6400 TOPS в зависимости от модели, возможна интеграция с квантовыми сопроцессорами.
Возможные сферы использования:
Суперкомпьютеры: Проект "OceanLight 2.0" (Китай, цель — 1 ZettaFLOP). Военные ИИ: Обработка спутниковых данных в реальном времени. Квантовые гибриды: Интеграция с фотонными сопроцессорами.
Спецификация процессоров Имя Микроархитектура ядра Частота [МГц] АрхитектураВерсия Год Ядер Процесс[нм] Транзисторов[млн.] Размер кристалла[мм²] Потребление[Вт] Кэш L1I/L1D[КБ] Кэш L2[КБ]Кэш L3[MB] ПроизводительностьGodson-11200MIPS 32-bit20021180418,818/8нет нет19/25 [SPEC CPU2000]Godson-22B250MIPS-III 64-bit200311803232332/32нет нет52/58 [SPEC CPU2000]2C450MIPS-III 64-bit2004118013.541,5441.564/64нетнет159/114 [SPEC CPU2000]STLS2E1000MIPS-III 64-bit20061904736764/64512нет503/503 [SPEC CPU2000]STLS2F1200MIPS-III 64-bit20071905143564/64512нет600/600 [SPEC CPU2000]L2G1000MIPS6420101655153,54464/641024нет320/280 [SPEC CPU2000]Godson-3STLS31000MIPS642009465400+173,81064/642048нет1600/1200 [SPEC CPU2000]Loongson 3A1000 龙芯3A1000_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]STLS31000MIPS64 (GS464)2010465425173,81564/644096нет 16 GFLOPS пиковой производительностиGodson-3bКитай готовит новый собственный процессор для ПК и серверов , 3DNews 24.11.2012STLS31000MIPS642011865600+3004064/642x2048нет128 GFLOPS пиковой производительностиLoongson 3B1500 龙芯3B1500_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]GS464E 1200 MIPS64 (GS464E)2015 8 32 114018230/6030 Вт под «типичной» нагрузкой, 60 Вт при использовании оптимизированного векторного кода (SIMD)64/648x1288 150 GFLOPS пиковой производительностиLoongson 3A2000China’s Loongson makes a 64-bit Mips processor that runs x86 and ARM code / Ventureboat, SEPTEMBER 3, 2015 龙芯3A2000/3B2000_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]GS464E - gen 4 800-1000 MIPS64 (GS464E)20144 40 5001201564/644х256416 GFLOPS пиковой производительностиLoongson 3B2000Отличие модели 3B2000 от 3A2000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 4 процессоров на плату (4-way MP)GS464E 800-1000 MIPS64 (GS464E)20144 40 5501251564/644х2564До 16 GFLOPSLoongson 3A3000(3B3000) 龙芯3A3000/3B3000_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]Отличие модели 3B3000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 4 процессоров на плату (4-way MP)GS464E+ 1350-1500 MIPS64 (GS464E+)20164 28 ≈1200≈15030(30)64/644х2568До 24 GFLOPS11 int / 10 fp по тесту SPEC CPU2006 龙芯3A3000处理器芯片流片成功_龙芯官方网站-[龙芯官方网站]Loongson 3A4000(3B4000)Отличие модели 3B4000 состоит в поддержке работы в многопроцессорном режиме: до 8 процессоров на плату (8-way MP)GS464V1500-2000MIPS64 (GS464V)2019428 ≈1500 ≈16030-50В зависимости от частоты:
<[email protected]/644х2568До 128 GFLOPS на частоте 2 ГГц~20 очков по SPEC CPU2006Loongson 3A5000(3B5000)LA464 gen 12000-2500loongarch64 (GS464V gen 1)20214-3212 ≈220014235-30064/644x25616До 160 GFLOPS на частоте 2.5 ГГцLoongson 3C5000L (3C5000L-LL)LA464V optimized2000-2200loongarch64 (GS464V)20211612 ≈480052913064/6416x25632560 GFLOPSLoongson 3A6000(3E6000)LA664 gen 22000-2500loongarch66420234-6412 ≈350011630-120256/256256k/1m16240 GFLOPS - 3,8 TFLOPSLoongson 3A7000(3E7000)LA764 gen 32500-3500loongarch76420254-1287 ≈8200 180 40-300 128/512 1m/4m 32m300 GFLOPS - 9,6 TFLOPSLoongson 3A8000(3E8000)LA864 gen 4 AI NPU2800-4000loongarch864 gen 4 AI NPU20264-645≈1050020035-300128/1m1.5m/12m64m768 GFLOPS - 24,6 TFLOPS(+NPU процессор)Loongson 3A9000, 3E9000, 3F9000LA964 ("Dragon Core v4") AI NPU gen 22800-5000LA964 ("Dragon Core v4")2027-20304-1283≈1800024050-600256/2m2m/12m64m4,8 TFLOPS - 76,8 TFLOPS(+NPU процессор gen 2)
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. Велась 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»My CPU Is Loongson(Godson)!!! on blogspot.com и «CinnamonPirate»loongson-laptop on cinnamonpirate.com.
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 процессорThe Search Engine that Does at InfoWeb.net .
Примечания
Категория:MIPS Категория:Наука в Китае Категория:Суперкомпьютеры Китая