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【文/科工力量專欄作者 鐵流】

日前，龍芯發(fā)布了用于服務(wù)器市場(chǎng)的的3D5000系列芯片，引發(fā)關(guān)注。

3D5000與3C5000屬于同一代CPU，是采用Chiplet技術(shù)把兩片3C5000芯片互聯(lián)和封裝在一起，進(jìn)而獲得一片32核CPU，這種方式也被稱為“膠水32核”。就性能而言，龍芯3D5000的IPC接近AMD Zen2的水平，全芯片性能與同主頻下的32核AMD Zen2架構(gòu)CPU接近，對(duì)于大部分應(yīng)用已經(jīng)是夠用了。

在2023年，性能更強(qiáng)的龍芯6000系列CPU將要問(wèn)世，龍芯在IPC上與英特爾、AMD的差距將會(huì)進(jìn)一步縮小，真正阻礙龍芯在市場(chǎng)上推廣的要素將不再是CPU性能，而是軟件生態(tài)。

龍芯5000系列是自主CPU里程碑

2019年，龍芯3A4000四核處理器亮相。龍芯3A4000是繼3A3000之后的新一代處理器。3A4000既升級(jí)了新內(nèi)核GS464V，IPC大幅提升；又通過(guò)在原有28nm工藝上深入磨合優(yōu)化，改進(jìn)電路和物理設(shè)計(jì)方法，在制造工藝與3A3000相同的情況下，將性能提升了一倍。就3A4000的IPC而言，已經(jīng)從3A3000的7/G達(dá)到了9.8/G，AMD的Zen大致也就在10/G水平，龍芯3A4000的GS464V是一款可以與第一代Zen匹敵的內(nèi)核。

3A5000的內(nèi)核是基于GS464V進(jìn)行小改，IPC為10.6/G，采用12nm工藝，主頻為2.2G至2.5G，后期流片的有2.7G主頻版本，SPEC06定點(diǎn)成績(jī)超過(guò)26（GCC，@2.5Ghz），這對(duì)于自主CPU而言已經(jīng)是非常不錯(cuò)了，即便和引進(jìn)的CPU相比，其定點(diǎn)和浮點(diǎn)性能僅次于海光，超過(guò)其他引進(jìn)的X86和ARM CPU。

龍芯3A5000與龍芯3C5000、3D5000屬于同一代CPU，3C5000采用LoongArch指令集，16核心單芯片unixbench分值9500以上，雙精度計(jì)算能力達(dá)560GFlops，16核處理器峰值性能與典型ARM 64核處理器的峰值性能相當(dāng)，并支持最高16路互連，搭配新一代龍芯7A2000橋片，PCIe吞吐帶寬比上一代提升400%以上。就SPEC2006測(cè)試來(lái)看，單核定點(diǎn)浮點(diǎn)Base分均大于10/G，單芯片分值超過(guò)200?？蓾M足通用計(jì)算、大型數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算中心的計(jì)算需求。該處理器通過(guò)芯片級(jí)安全機(jī)制可為等保2.0、可信計(jì)算、國(guó)密算法替代、網(wǎng)絡(luò)安全漏洞防護(hù)等提供CPU級(jí)內(nèi)生支持。

3C5000最大特點(diǎn)是單核性能強(qiáng)，特別是unixbench這種看重單核和內(nèi)存性能，多核加速比很低的測(cè)試，龍芯只用16核就能跑到9500，某ARM CPU即便有64核也跑不到這個(gè)成績(jī)。從公開的數(shù)據(jù)來(lái)看，3C5000的性能在信創(chuàng)市場(chǎng)足夠用了，而且16核的核心是使其部署比較靈活。

龍芯3D5000則是把兩個(gè)3C5000封裝到一起的膠水32核芯片，集成了64MB的L3 Cache，支持最多8個(gè)DDR4-3200 DRAM，可以通過(guò)HyperTransport接口構(gòu)建至多四路處理器，因此單機(jī)可以支持多達(dá)128核。在性能方面，龍芯3D5000單路和雙路服務(wù)器的SPEC CPU2006 Base實(shí)測(cè)可以超過(guò)400分和800分，預(yù)計(jì)四路服務(wù)器的分值可以達(dá)到1600分?？梢哉f(shuō)，龍芯3D5000主要針對(duì)一些對(duì)性能有更高要求的場(chǎng)景，只要軟件生態(tài)跟得上，完全可以替換掉英特爾至強(qiáng)CPU。

龍芯6000性能將再次飛躍

相對(duì)于一些技術(shù)引進(jìn)CPU在引進(jìn)海外技術(shù)后CPU IPC增長(zhǎng)緩慢，性能提高基本依靠購(gòu)買更好的EDA工具和買臺(tái)積電更好的工藝。龍芯一直致力于提升CPU微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平來(lái)提升CPU的性能，沒(méi)有盲目去堆核心數(shù)量。這種穩(wěn)扎穩(wěn)打的做法使龍芯在過(guò)去10年中IPC提升了3-4倍，在桌面CPU上成效立竿見影。

CPU的IPC在過(guò)去10年中提升了3-4倍，這使龍芯可以在制造工藝上落后技術(shù)引進(jìn)的某ARM CPU一代的情況下，依然可以依靠CPU微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平做到性能持平或略優(yōu)于技術(shù)引進(jìn)的某ARM CPU。當(dāng)龍芯與引進(jìn)的某ARM CPU采用相同工藝時(shí)，龍芯可以憑借其IPC上的優(yōu)勢(shì)在性能上領(lǐng)先某ARM CPU。

龍芯3A5000

3A6000和3A5000采用相同制造工藝，龍芯依靠其設(shè)計(jì)能力把CPU性能大幅提升，主要是拉大框架，比如把4發(fā)射改成6發(fā)射等等。從此前公布的仿真成績(jī)看，定點(diǎn)相對(duì)于3A5000提升30%，浮點(diǎn)相對(duì)于3A5000提升60%，這種提升是非常駭人的——如果仿真成績(jī)與最終成績(jī)相當(dāng)，那么，3A6000 SPEC06單核定點(diǎn)Base分大于13/G，浮點(diǎn)Base分大于16/G，基本達(dá)到AMD Zen2水平。如果3A5000為2.5G至2.8G，那么，3A6000的 SPEC06單核定點(diǎn)Base分大于35，浮點(diǎn)將大于45。

從公開信息看，在使用相同工藝的情況下，3A6000性能比3A5000提升40%—60%，芯片面積縮小20%，12nm的3A6000對(duì)標(biāo)7nm的AMD Zen2。做最保守估算，3A6000 SPEC06單核定點(diǎn)Base分為32分（@2.5G）至35分（@2.8G）。這個(gè)性能對(duì)于信創(chuàng)和日常使用而言都已經(jīng)明顯過(guò)剩了。

必須說(shuō)明的是，仿真往往是不準(zhǔn)確的，有的公司會(huì)高估，有的公司會(huì)低估，從龍芯這幾年發(fā)布的信息看，龍芯是偏保守的，實(shí)測(cè)成績(jī)只會(huì)比仿真成績(jī)好，以最近流片回來(lái)的2K2000來(lái)看，實(shí)測(cè)成績(jī)比龍芯仿真成績(jī)高了20%至30%，這大大超乎龍芯的預(yù)期。龍芯2k2000的LA364性能基本追平ARM A76，充分展示了自主路線的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展活力。

3C6000是16核服務(wù)器芯片，內(nèi)核是LA664，與3A6000相同。3D6000則是兩片3C6000封裝在一起構(gòu)成32核服務(wù)器CPU，可以匹敵搭載Zen2核心的AMD EPIC。只要軟件能跟上，商業(yè)市場(chǎng)已經(jīng)沒(méi)有性能短板了。

龍芯下一代7000系列CPU，進(jìn)一步提升CPU核性能，IPC瞄準(zhǔn)Zen3和12代酷睿，計(jì)劃采用7nm工藝，SPEC06定點(diǎn)Base最保守估算是40分，屆時(shí)，會(huì)有24-32核的3D7000（7nm）和48-64核3E7000（兩片封裝）。