MIPS投RISC-V是龍芯新征程的開始

日前，外媒報道MIPS Technologies宣布將放棄繼續(xù)設計MIPS處理器，轉(zhuǎn)向了RISC-V。在MIPS加盟RISC-V陣營后，有人鼓吹龍芯要完，但事實上，這完全是不了解龍芯具體情況的臆測。特別是在龍芯開發(fā)自主指令集LoongArch之后，已經(jīng)在指令集方面走上了獨立自主道路。鐵流認為，MIPS投RISC-V，對于龍芯而言，是新征程的開始。

MIPS投RISC-V對龍芯無影響

在MIPS加盟RISC-V陣營后，有觀點鼓吹龍芯要完，但事實上，這完全是不了解龍芯具體情況的臆測，是拿ARM陣營CPU公司的情況硬生生往龍芯身上套用。

由于MIPS學院風很重，在技術授權(quán)上比較開放。技術上的開放一方面使MIPS在學院派中頗受青睞，很多大學至今依然在使用MIPS進行教學，另一方面，客戶可以自由添加指令集，而這直接導致MIPS的生態(tài)破碎化。

ARM則在商業(yè)上比較開放，但在技術上卡的非常嚴格，在ARM32時代，ARM僅對蘋果、高通等不超過5家公司授權(quán)過ARM32指令集，而且禁止客戶修改、添加指令，其他的一律是IP核授權(quán)。

誠然，ARM64在授權(quán)方面比ARM32開放很多，但價格異常昂貴，還有很多附加條款，比如使用范圍局限于服務器CPU，禁止修改添加指令等等。ARM在技術授權(quán)方面比MIPS更加保守，但恰恰是這種保守的舉措，比如禁止客戶修改、添加指令等條款使ARM避免了MIPS生態(tài)破碎化的命運。

目前，市場上絕大多數(shù)ARM芯片都是從ARM購買的公版架構(gòu)，高通、聯(lián)發(fā)科、麒麟、展銳的手機芯片基本都是IP授權(quán)。以麒麟為例，從最早的K3開始，到最新的麒麟9000，在過去十年中，麒麟芯片的CPU核全部從ARM購買。

由于手機芯片廠商在CPU上高度依賴ARM，一旦無法買到ARM的最新IP，那就意味著在技術迭代中落后。以麒麟芯片為例，當年美國制裁時，BBC就爆料ARM內(nèi)部文件，稱ARM斷絕了和HW的技術合作。之后的麒麟990則繼續(xù)使用麒麟980上的A76，而競爭對手的芯片則用上了A77。最近，麒麟9000用上了A77，競爭對手已經(jīng)用上了A78。

相比之下，龍芯則不存在這方面的問題，由于龍芯的IP從頭開始就是自主研發(fā)，歷經(jīng)二十年先后研發(fā)了GS132、GS132e、GS232、GS232e/GS264、GS464、GS464e、GS464V等數(shù)代CPU核，以及一些未正式命名的小改版本（3A2000和3A3000雖然都是基于GS464e，但其實是兩個版本，IPC提升了15%；3A4000和3A5000在公開資料里都是GS464v，但其實連指令集都不一樣，完全是兩個版本，IPC提升在15%以上），基于這些CPU核又研發(fā)了幾十款CPU。由于龍芯實現(xiàn)了核心IP完全自主設計，這使龍芯并不依賴MIPS的IP，因此，MIPS是否繼續(xù)研發(fā)MIPS處理器，對龍芯毫無影響。相對于眾多ARM陣營手機芯片廠商需要持續(xù)從ARM那里購買IP才能保證技術迭代，龍芯本來就不需要從MIPS購買IP核。

龍芯的目標就是完全自主可控

早期，龍芯基于MIPS設計CPU，之后不斷添加指令，在十多年里，龍芯基于MIPS進行添加了1000多條指令形成了LoongISA，龍芯3A4000以前的處理器，都是基于LoongISA。

不過，MIPS畢竟是一家美國公司，即便獲得了MIPS永久授權(quán)，一旦發(fā)生緊急情況，還是存在未知風險。加上MIPS是第一款商用RISC處理器，由于一直保持向下兼容，積累了很多歷史包袱，很多被人詬病的問題由于保持兼容的原因一直未修改。在技術飛速發(fā)展的大背景下，僅僅基于MIPS進行添加指令已經(jīng)無法滿足龍芯的需求。在外在風險和內(nèi)在需求的雙重刺激下，龍芯開發(fā)自主指令集LoongArch。

由于不少人懷疑LoongArch又是龍芯基于MIPS魔改，鐵流特意向一位中科院計算所研究員求證，獲得的回復是“LoongArch自定義指令集，通過二進制翻譯技術兼容MIPS”。該研究員是RISC-V的支持者，為RISC-V在中國的推廣做出了巨大貢獻。有鑒于這位研究員與龍芯沒有任何利益關系，其表態(tài)可靠性極高。

至于有網(wǎng)友懷疑LoongArch是龍芯拿出來危機公關的言論，其實只要稍微對龍芯有一點了解就可以粉碎這個謠言。因為3A5000就是基于LoongArch設計，且已經(jīng)有樣片，將在2021年投放市場，從確定新指令集到基于新指令將設計一款CPU，再到完成流片，需要漫長的周期，龍芯不可能在幾年前就預測到MIPS將于2021年3月宣布投身RISC-V。很顯然，LoongArch是龍芯籌謀已久的成果，絕非某些廠商用來應對危機公關的“按揭開源”產(chǎn)品。

由于采用了LoongArch，徹底杜絕了MIPS指令集一些飽受詬病的問題，龍芯自定義指令有一些比MIPS指令更優(yōu)秀，代碼執(zhí)行效率更高，因而在局部（并非全部都更好）出現(xiàn)了二進制翻譯后，不僅沒有性能損失，反而性能比直接用MIPS還要好的情況。為此，鐵流咨詢了行業(yè)人士，獲得的回復是“二進制翻譯領域，翻譯后效率超過100%，這個是有先例的”。

一位開發(fā)者告知：LoongArch和MIPS沒有關系了，新指令集LoongArch基本和MIPS可以一一對應，當前l(fā)oongArch已經(jīng)非常成熟了，經(jīng)過了一年的磨合，基本所有的包都編譯好了，debian的系統(tǒng)和我們常用的ubuntu系統(tǒng)一樣，apt-get install安裝就可以了，感覺不到是新的指令集。

從龍芯最初基于MIPS添加指令，到發(fā)展出基于MIPS的LoongISA，再到最新的LoongArch，龍芯的目的是非常明確的，也是顯而易見的，那就是盡一切可能掌握主導權(quán)，堅定不移走自主之路。

3A5000是龍芯開啟指令集自主的里程碑

在過去這些年，無論是Imagination，還是Wave Computing都沒有在MIPS投入多少資源，都只是在拿MIPS的IP賺錢，盡可能榨取MIPS的剩余價值，主要精力分別放在各自的主營業(yè)務——GPU和AI芯片上。直接的結(jié)果就是MIPS的CPU發(fā)展非常慢，如今，龍芯3A4000的性能已經(jīng)大幅超越了MIPS CPU，龍芯3A5000則在裸CPU性能上相對于龍芯3A4000進一步提升50%至60%，堪稱當下最好的自主CPU。

Imagination、Wave Computing在硬件上是如此，在軟件上亦是如此。就軟件生態(tài)方面，由于過去這些年Imagination、Wave Computing的不作為，其實很多方面已經(jīng)是龍芯挑大梁了。

在龍芯對很多軟件進行移植優(yōu)化的時候，也不忘同時帶上其他MIPS處理器的支持，在v8，OpenJDK等JIT虛擬機中，龍芯都已經(jīng)成為了整個MIPS架構(gòu)的代碼維護者。半年前UOS也把Loongson內(nèi)核與x86內(nèi)核、ARM內(nèi)核并列，其中一項更新是增加了對龍芯3A4000的支持。

過去，龍芯在MIPS的軟件生態(tài)方面已經(jīng)獲得了一定的主導地位。龍芯完成了.NET的移植，成為了Java運行環(huán)境OpenJDK 13的一大貢獻者，現(xiàn)在維護著上游MIPS架構(gòu)和龍芯擴展的代碼。諸多多媒體庫，例如FFmpeg,libvpx,OpenH264,libyuv等，都已經(jīng)由龍芯針對自己的MMI以及MIPS的MSA等向量指令進行優(yōu)化并提交給上游。有些庫支持龍芯擴展指令甚至比支持MIPS的擴展指令還早。Linux內(nèi)核的上游也一樣被龍芯生態(tài)鏈成員維護著。龍芯在開源軟件方面已經(jīng)獲得了一定的發(fā)言與控制權(quán)。

MIPS原本的生態(tài)絕大部分已經(jīng)是歷史，龍芯如今的軟件生態(tài)主要是來自龍芯自己維護的各種開源項目，以及國內(nèi)各家軟件開發(fā)商對產(chǎn)品的移植，本質(zhì)上已經(jīng)不能再稱為MIPS軟件生態(tài)，而應當稱為龍芯生態(tài)。事實上，在移植一些軟件的時候，已經(jīng)要區(qū)分龍芯版本和MIPS版本了。

LoongArch是龍芯籌劃多年的產(chǎn)品，這一點從LoongArch在3A5000 CPU完成流片后才亮相就可能看出來。龍芯確立LoongArch之后，龍芯和MIPS已經(jīng)分道揚鑣，毫無關系了。對于龍芯而言，無論MIPS存在與否，都不影響龍芯獨立自主建生態(tài)，龍芯過去是這么做的，現(xiàn)在依然這么做，未來還是這么做。

過去幾年中，龍芯是全球還在發(fā)展MIPS高性能處理器的玩家，在龍芯退出MIPS，立起LoongArch大旗之后，龍芯3A4000極有可能被定格為最強MIPS處理器。在失去龍芯這個玩家，MIPS投奔RISC-V后，MIPS也將成為歷史。LoongArch是獨立生態(tài)的基本點，3A5000則是龍芯開啟LoongArch新征程的里程碑。