龍芯自主指令集架構(gòu)，“國產(chǎn)之光”還是“PPT式勝利”？

   4月15日，龍芯發(fā)布了完全自主的指令集架構(gòu)LoongArch，與此同時，支持龍芯架構(gòu)的龍芯3A5000處理器芯片已經(jīng)流片成功，基于新架構(gòu)的完整操作系統(tǒng)已經(jīng)在3A5000計算機上穩(wěn)定運行。

　　龍芯在LoongArch之前，一直是采用MIPS的授權(quán)。但有意思的是，當年曾比肩x86、Arm，被稱為全球三大架構(gòu)之一的MIPS，其所屬公司在今年3月已經(jīng)宣布放棄繼續(xù)設計MIPS架構(gòu)，轉(zhuǎn)而投身到RISC-V陣容當中。

　　實際上，MIPS架構(gòu)在現(xiàn)在看來確實有不少較為落后的設計，比如對睿頻支持不友好、部分指令老舊拖低性能等。另一方面，中美貿(mào)易戰(zhàn)背景下，不少國產(chǎn)CPU制造商都受到了不同程度的影響。采用Arm架構(gòu)的華為、飛騰，以及采用x86架構(gòu)的海光，相繼被列入“實體清單”，指令集授權(quán)或是芯片制造都受到嚴重制約。因此，在這樣的背景之下，自主指令集架構(gòu)的必要性便不言而喻。

　　早在去年8月，在全國計算機體系結(jié)構(gòu)學術(shù)年會上，龍芯創(chuàng)始人胡偉武就透露了LoongArch架構(gòu)，他聲稱要研發(fā)一款既“自主”又“兼容”的指令集，如果最終達成目標，這將是一個自帶生態(tài)的自主可控指令集架構(gòu)。

　　眾所周知，軟件生態(tài)對于CPU架構(gòu)而言幾乎就是生命。一個全新的指令集架構(gòu)要能夠獲得市場認可，目前而言最便捷的方法就是兼容其他指令集架構(gòu)的生態(tài)。比如蘋果Mac OS從使用x86 CPU過渡到Arm CPU的過程中，采用了Rosetta 2將原本只支持x86運行環(huán)境的軟件通過動態(tài)二進制翻譯來轉(zhuǎn)譯代碼，以使得軟件可以在Arm CPU下運行。

　　同樣，官方宣稱龍芯的LoongArch能夠兼容MIPS、x86、ARM、RISC-V這幾種指令集的 Linux程序，采用軟硬件結(jié)合的二進制翻譯方式，對Arm和RISC-V的翻譯效率要比x86更高。甚至根據(jù)官方說法，翻譯執(zhí)行MIPS能達到100%原生性能，翻譯執(zhí)行ARM達到90%原生性能，翻譯執(zhí)行x86也能夠達到80%原生性能，并可通過某種方式安裝運行Windows，對Windows的整體翻譯可以有70%原生性能。

　　不過在編者看來，LoongArch到目前為止依然存在很多疑點。首先，龍芯宣稱翻譯Arm和x86指令的效率分別達到90%和80%，MIPS甚至實現(xiàn)100%原生性能，但目前除了發(fā)布會上的PPT，并沒有任何證據(jù)能夠證明能夠達到如此高的翻譯效率。而歷史上，無論是從PowerPC到x86，還是從x86到Arm，翻譯二進制都只是被用于過渡，最終都要利用軟件適配才能發(fā)揮指令集架構(gòu)的優(yōu)勢。

　　另一方面，根據(jù)偷跑的性能測試顯示，采用LoongArch架構(gòu)的龍芯3A5000整數(shù)性能只比2019年9月發(fā)布的飛騰FT-2000/4高出10%；在全局光照渲染器smallpt測試算法性能時，3A5000更是不如FT-2000/4。回想起龍芯上一代曾經(jīng)號稱“國產(chǎn)最強桌面CPU”，但直到2021年最新一代才趕上了對手第一代的水平，實在讓人懷疑龍芯的PPT存在“夸大”的嫌疑。

　　當然，不排除是測試軟件或是系統(tǒng)平臺對LoongArch適配不完善，那么這就回到了生態(tài)問題上。目前為止，龍芯所公開的數(shù)據(jù)少之又少，甚至連指令集手冊都沒有開放，生態(tài)從何談起？縱觀歷史，x86依靠PC浪潮崛起，Arm趕上了移動設備的需求，RISC-V擁抱了物聯(lián)網(wǎng)時代。而即使是國產(chǎn)替代的需求，龍芯也不具備飛騰等廠商的出貨量支撐，更沒有華為這樣的生態(tài)號召力。到底是騾子是馬，還得拉出來溜溜，希望等到5A3000正式上市的時候能帶來更多好消息。