雷鋒網(wǎng)上一次介紹國產(chǎn)龍芯處理器發(fā)展情況時曾提到，雖然目前龍芯銷售的成品芯片在性能、功耗等各方面都不盡人意，但是下一代核心將有非常明顯的進步，一舉接近國際一流水平。最近，《中國科學：信息科學》期刊刊登了下一代龍芯架構(gòu)的相關(guān)論文，介紹了新產(chǎn)品的具體改進與多項性能測試數(shù)據(jù)。從中我們驚訝的發(fā)現(xiàn)，新龍芯已經(jīng)不再是過去那只丑小鴨了。

龍芯現(xiàn)有的兩個桌面型號分別是四核心的3A-1000和八核心的3B-1500，其內(nèi)核是2006年定型的GS464微架構(gòu)。如今老舊的GS464核心已經(jīng)不堪重任，各項性能指標與當前國際主流CPU差距較大，無法適應(yīng)競爭激烈的芯片市場。為了追上國際一流水平，中科院計算所于2012年開始研制新一代龍芯架構(gòu)GS464E。2014年底使用GS464E核心的首款芯片3A-1500流片，預(yù)計今年年底成品面世。

相比上代產(chǎn)品，GS464E核心有了相當大的改進：提升分支預(yù)測效率、增加發(fā)射和重定序隊列、使用新設(shè)計的緩存方案和訪存部件等。這些改進的結(jié)果是核心單線程性能大幅提升，訪存性能更是有了飛躍。此外，GS464E還優(yōu)化了多核并行的效率，并增加了硬件級的x86與ARM指令翻譯模塊，使芯片可以高效率模擬運行x86和ARM平臺的應(yīng)用程序。

大家可以這樣理解新龍芯核心的變化：部隊行軍作戰(zhàn)不僅需要勇猛的士兵，還要有先進的裝備、穩(wěn)定的后勤；上代龍芯架構(gòu)中負責“作戰(zhàn)”的那部分設(shè)計的很好，但與之配合的“裝備”“后勤”就比較落后。GS464E重點強化的就是后者，現(xiàn)在士兵有了強力武器和充足的后勤供應(yīng)，打起仗來自然如虎添翼。

核心大幅改進后，新龍芯的性能表現(xiàn)自然就備受期待。這次計算所慷慨地放出了多項測試程序的對比結(jié)果，部分項目還直接找來Intel上代桌面高端處理器Core i7 3770來同場競技，讓觀眾大飽眼福。

參與測試的處理器有上代四核心的龍芯3A-1000和新一代的3A-1500，主頻均為1GHZ；3A-1000使用雙路DDR3-667內(nèi)存，3A-1500則用雙路DDR3-1000；對比的Core i7 3770則使用單通道DDR3-1333內(nèi)存。

首先來看常用的SPEC CPU 2000跨平臺測試集。單線程測試中3A-1500的整數(shù)性能比上代提升了54.9%，浮點則大幅提升100.6%。這還是使用通用GCC編譯器的結(jié)果，如果未來改用針對新龍芯優(yōu)化的專用編譯器，預(yù)計其優(yōu)勢會更大。下圖是新龍芯運行各項SPEC測試子項目時相對老產(chǎn)品的性能提升比例：

然后是幾項老牌的處理器運算速度測試程序：Whetstone偏重浮點運算，Dhrystone和CoreMark是整數(shù)測試。由于GS464E主頻較低，這里對比了它與Core i7-3770的同頻率等效性能。

在這三項測試中，尚未得到編譯器充分優(yōu)化的龍芯竟然跑出了接近甚至超越Core i7的同頻效率。雖然龍芯的主頻遠不如對手，整體性能依舊落后不少，但同頻性能接近i7-3770已經(jīng)證明新架構(gòu)的實力的確強悍。將來龍芯經(jīng)過工藝改進和后端優(yōu)化后可以實現(xiàn)2GHZ以上的主頻，屆時就可以和主流雙核桌面CPU一較高下。

上代龍芯的一大軟肋是訪存性能，這也是GS464E重點強化的指標。我們來看實際測試的結(jié)果如何：

由于相關(guān)測試程序暫時無法識別GS464E的雙路內(nèi)存控制器，所以這里3A-1500與i7-3770都是用單通道內(nèi)存模式，頻率分別為1000MHZ和1333MHZ。測試結(jié)果表明新龍芯的訪存性能有了數(shù)量級的飛躍，已經(jīng)接近國際一流水平。至此，訪存性能不再是龍芯的主要瓶頸。

計算所對新龍芯的初步測試結(jié)果無疑是十分滿意的。他們在文章中寫道：

GS464E 處理器核的性能比上一代處理器核產(chǎn)品有大幅提升, 在流式訪存程序上,更是獲得了超過 10 倍的性能提升. 從程序運行效率的角度, 其結(jié)果已不輸于 Intel Ivy Bridge 處理器.總體而言, GS464E 的設(shè)計已經(jīng)接近國際最先進水平, 是一款國內(nèi)頂尖的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的處理器 核產(chǎn)品. 

短短幾行字，自信和自豪感躍然紙上。

龍芯3A-1500只是GS464E核心的一個驗證性質(zhì)的版本，制造工藝仍是老舊的40nm，主頻不過1GHZ。計算所計劃在接下來發(fā)展28nm工藝、主頻超過1.5GHZ的龍芯3A-2000，這款芯片將正式推向市場，走進PC、服務(wù)器與Intel、AMD的處理器正面對抗。計算所未來還將有加強浮點能力、支持超線程并改用更先進工藝的龍芯3B-2000等新品。從市場角度來說，龍芯3A-2000即可滿足絕大多數(shù)的家用、辦公場景需求，可以替代運行常見任務(wù)的x86 PC與服務(wù)器。由于龍芯平臺基本不存在軟硬件后門問題，更適合政府和大型企業(yè)等敏感部門使用。

棱鏡事件后，中國對自主研制的通用處理器需求愈發(fā)強烈。新一代龍芯如能順利發(fā)展，快速推向市場，將彌補我國關(guān)鍵領(lǐng)域缺乏性能夠用的國產(chǎn)芯片的空白。經(jīng)過十余年艱難探索，龍芯終于要破繭成蝶了。

注：本文數(shù)據(jù)及圖表引用自《龍芯GS464E處理器核架構(gòu)設(shè)計》（《中國科學：信息科學》2015年45卷4期）。

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