
CPU即中央处理器负责指令读取、译码与执行,它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据,是计算机的运算和控制核心。目前全球通用CPU(桌面与服务器CPU)市场基本由英特尔和AMD两家企业占据,而国产CPU正处于奋力追赶的阶段,整体差距仍然较大。
除去英特尔和AMD数十年的时间和资本投入以外,从研发壁垒来看,指令集架构、处理器设计与实现能力,是当前国产芯片需要突破的核心底层环节。CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的规范,是一系列设计原理和IP的集合。自CPU诞生以来出现过多种指令集,整体可分为复杂指令集(Intel和AMD采用的x86架构)和精简指令集(ARM、MIPS、Power等RISC架构)。自主研发CPU需要得到指令集授权,指令集授权方式主要有两种:指令集架构授权和IP核授权,而无论是哪一种方式,本质都是需要得到IP提供方的技术支持,并非掌握了核心的底层架构,因此为了实现信息安全的目标,国产CPU需要通过自主开发实现独立自主。
自定义指令集的突破2020年,龙芯中科基于二十年的CPU研制和生态建设积累推出了龙芯指令系统(LoongArch),包括基础架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分,近2000条指令。龙芯指令系统具有较好的自主性、先进性与兼容性。龙芯指令系统从整个架构的顶层规划,到各部分的功能定义,再到细节上每条指令的编码、名称、含义,在架构上进行自主重新设计,具有充分的自主性。同时,龙芯指令系统在设计时充分考虑兼容生态需求,融合了各国际主流指令系统的主要功能特性,同时依托龙芯团队在二进制翻译方面十余年的技术积累创新,能够实现多种国际主流指令系统如MIPS、X86、ARM的高效二进制翻译。龙芯中科从2020年起新研的CPU均支持LoongArch。