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龙芯“十三五”研发情况汇报龙芯中科技术有限公司2016.07.08什么是自主可控原总装科技委卢锡城院士认为，自主可控至少应包括三个方面的涵义：•信息系统的软硬件在设计或制造阶段不会被对手插入恶意功能，导致潜在的不安全隐患；•无论平时、战时都能按需提供相应的软硬件产品，供应保障不受制于人；•掌握核心技术，软硬件产品能适应技术进步或需求变化自主发展。判断自主可控也可从从芯片设计生产的三个主要阶段去判断：•前端设计：逻辑源代码是否全部自主可控，设计创新能力螺旋上升；•后端设计：物理设计过程中需要对原有的逻辑、时钟、测试等进行优化和改动，输出最终版图，后端实现过程是否自主可控；•流片生产：晶元生产、封装、测试过程是否可控；华为对自我的评价什么是自主可控•体系结构（ISA）可控•自主设计指令系统，或者•结构授权（ArchitectureLicense）：可扩充指令，可视作永久授权（保障性）•微结构（Microarchitecture）自主设计•是决定性能、功耗、成本、安全性的最重要因素•是CPU最核心的技术，是CPU设计能力的最重要体现•流片渠道可控（境内流片）：是保障性的必然要求•龙芯的实践表明：在境内流片完成高性能CPU是可行的•所谓境内工艺不够用，是因为没有掌握CPU设计的核心技术•自主CPU的鉴别方法•不能用“测”和“评”技术的方法，只能用“审”和“考”能力的方法龙芯三个产品系列定位•面向桌面/服务器类应用的龙芯3号“大CPU”系列：Intel的酷睿/至强系列•面向工控和终端类应用的龙芯2号“中CPU”系列：Intel的阿童木系列•面向特定应用定制的龙芯1号“小CPU”系列：根据应用需求定制三大系列研发思路•高端系列（龙芯3号系列，定位为酷睿/至强系列）•采用两片方案：CPU+桥片•CPU4-8核，有系统总线接口（HT），支持多路直连，兼顾桌面和服务器•在没有完全掌握GPU技术之前，GPU与桥片集成在一起，也可以外接•低端系列（龙芯2号系列，定位为阿童木系列）•采用单片SOC方案•双核，集成SATA、USB、GMAC、GPU、音视频等接口•低电压低功耗•专用系列（龙芯1号系列，结合需求定制）•龙芯1D流量表专用芯片，龙芯1E/1F“上天”专用，龙芯1H“入地”专用•每1-2年定制一款“有难度”的专用芯片，避免国内恶性竞争龙芯3号系列研制计划•第一代产品：使用GS464处理器核，四核+八核•四核3A1000（tock）：900MHz，65nm，2010年产品•八核3B1500（tick）：1.2GHz，32nm，2013年产品•第二代产品：使用GS464E处理器核，先把四核做精•四核3A2000/四核3B2000（tock）：境内40nmLL，1.0GHz，2016Q1量产•四核3A3000/四核3B3000（tick）：28nmSOI，1.5GHz，2016Q1流片•第三代产品：继续优化处理器核，四核+八核•主要结构优化：向量指令、安全机制、内存计算•四核3A4000/八核3B4000（tock）：28nmSOI，2.0GHz，2018年流片•四核3A5000/八核3B5000（tick）：14nm，2.5GHz，2020年流片•四核3B2000/3000系列支持多路直连龙芯桥片计划•龙芯3号采取CPU+桥片模式，早期的龙芯2号也需要桥片•使用HT接口：3A1000（HT1.0）、3B1500（HT2.0）、3A2000（HT3.0）•早期的龙芯2号使用PCI接口：2F、2J•龙芯桥片的发展•第一代使用非自主桥片：PCI桥片AMD5536，HT桥片AMD780E•第二代SOC兼顾桥片应用：PCI桥片龙芯1A，HT桥片龙芯2H•第三代专用桥片研制：龙芯7号系列（7与桥谐音）•龙芯7A：龙芯CPU首款专用桥片，将于2016H2推出•接口丰富：PCIE*24、SATA*2、USB*3、GMAC*2…•双显示接口，内置GPU（2D能力强，3D能力一般）•通路性能高，适用于桌面和服务器龙芯2号系列研制计划•目前的主要产品•单核2F0800：800MHz，四发射64位单核，90nm，2010年产品，PCI接口•单核2J1000：800MHz，GS464核，65nm，2013产品，高质量等级•单核2H1000：800MHz，GS464单核，65nm，2013年产品，接口丰富：PCIE*4、USB*6、SATA*2、GMAC*2、2D/3DGPU、HDA……•基于双发射232E处理器核，提高性能降低功耗•双核2K1000：1GHz，40nmLL，双GS232E处理器核，2016H1流片•2K2000：1.5GHz，28nmSOI，双/四GS232E处理器核，2017H2流片•GS232E处理器核的性能是GS464处理器核的1.5倍GS232EGS464(2F、3A)相对GS464性能提升ARMCortexA9ARMCortexA15单线程memcpy3.1GB/s0.45GB/s5.89倍1.1GB/s3.2GB/sDMIPS/MHz2.341.6740%2.503.50Cmark/MHz4.372.6863%3.974.68龙芯1号系列研制计划•“通用”嵌入式CPU：形成系列•1A、1B、1C：正在逐渐走向市场（如2015年销售15000多片1Bi）•应用周期长，供应周期长，面向行业应用利润高•“专用”嵌入式CPU：做有难度的、取代欧美企业的芯片•1D：流量表（水、热、气）专用，MCU+模拟电路•1E/1F：“上天”，抗辐照•1H：“入地”，耐175摄氏度高温，石油钻头专用•“十三五”期间结合应用需求增加3-5款龙芯1号CPU•在流量表、上天、入地领域持续改进，领域内形成系列；•新开拓专用领域1-2个；•面向物联网，新增1-2款“通用”嵌入式CPU核心IP必须自主掌握•三大系列CPU核持续改进和发展•GS132系列（最新版GS132E）：单发射32位，静态流水•GS232系列（最新版GS232E）：双发射32/64位，动态流水•GS464系列（最新版GS464E）：四发射64位，动态流水•片内互联总线及系统总线•片内AXI、AHB、APB互联总线•系统总线HT1.0、HT2.0、HT3.0及相关PHY•内存控制器•SDRAM、DDR2、DDR3、DDR4及相关PHY•就差GPU：“十三五”期间一定要掌握GPU技术•目前2D已经掌握，3D要加大投入•外围的IP（USB、GMAC、SATA等）不妨用商业的（PCIE争取掌握）•其余小IP（SPI、ECCNAND、CAN、1553B等）顺手自己就做了“十三五”通用系统生态建设的两个层面•API层面：•目前：与应用紧密相关的软件，包括浏览器、QT、JAVA、媒体播放器、GIS•未来：设计融合Linux、Android、Windows（.NET）主要API的瘦身型OS•微软在Windows上实现Android的API•ISA层面：•目前：与硬件紧密相关的软件，包括内核、编译器与C库、图形图像库、数学库•未来：通过二进制翻译实现与X86和ARM的二进制兼容•Intel在平板领域通过二进制翻译实现与ARM兼容•最后建设打破篱笆墙的“大同”生态体系•技术上证明没问题，就是投入与工程实现•搞明白后，就那点套路：寇可往、我亦可往“十三五”龙芯基础软件平台OEM/ODM（龙梦…）昆仑固件（BIOS）操作系统、办公软件（中标、普华、中兴、金山等）锐华、天熠、天脉、道系统VxWorks应用软件应用软件中间件（金蝶、中创、东方通）数据库（达梦、金仓、神舟）浏览器、JAVA、QT、GCC…龙芯CPU+龙芯桥片•嵌入式操作系统平台形成特色•与国内主要嵌入式操作系统完成适配•面向显控/指控的图形显示形成特色•完善“人机交互”和“机机交互”API，形成面向工业互联网的系统平台•通用操作系统平台完成补课•对主要API（Java、JS、QT、GIS、数学库等）进行深度优化•维护龙芯社区版（）支持国内操作系统及整机企业•规范适用、统一标准QT、mesa、GIS显控等BSP包分步走建立自主软硬件体系•满足单一应用（2015年前）•自主软硬件满足基于嵌入式OS的单一应用如武器装备、工业控制等已经没有问题•以“拿金牌”作为主要目标的HPC也是单一应用，可以做到世界第一•已经形成共识，没有人怀疑（但十年前没有人相信，五年前多数人是怀疑的）•满足固定应用（2020年前）•正在结合办公系统、指挥系统等复杂的固定应用开展适配优化工作，这些应用涉及OS、数据库、中间件、浏览器、办公软件、Flash、GIS等，虽然复杂，但有边界•再经过1-2年努力，自主软硬件可满足与国家安全及国民经济安全相关的固定应用•满足开放市场应用（2020年后）•只要自主软硬件在固定应用市场站住脚跟，整个市场占有率超过5%，就能吸引大量的软件和应用主动加入自主软硬件生态系统，在开放市场形成自主的生态生态建设的效果开始显现•打通技术链，明确性能机理，在每个局部都不如国外系统的情况下做到整体性能优于国外系统（苹果公司也是这个套路）•某数据库应用，X86服务器需要50分钟，龙芯服务器优化前8小时，优化后80秒；•某诸元计算应用，X86酷睿平台4.5分钟，龙芯平台优化前20分钟，优化后3.5分钟•某雷达显控应用，X86i7每秒20帧，经过与应用深度优化，龙芯平台上每秒25帧•显控和指控类应用，龙芯的生态好于X86和ARM•传统工控操作系统（VxWorks等）主要强调实时性和可靠性，API简单•显控和指控类应用对“人机交互”和“机机交互”有很高要求•龙芯研制了基于VxWorks的图形及GIS显控包，比X86和ARM完善•好生态是做出来的，不是跟出来的•会做CPU不稀奇，难的是会做生态小结坚持自主创新会面临很多困难和问题，关键是碰到困难和问题时采取什么样的态度。CPU的产业化更需要科学精神和实事求是的态度，通过与应用的磨合发现问题，并在解决问题的过程中形成螺旋上升。CPU的核心技术是从细节中“抠”出来的，而不是靠引进来的，是在实践中随着认识的提高和技术能力的增长从量变到质变演变出来的。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。