龍芯重磅推出自主指令系統架構LoongArch
近日，龍芯自主指令系統架構（Loongson Architecture，以下簡稱龍芯架構或LoongArch）的基礎架構通過國內第三方知名知識產權評估機構的評估，并在2021年信息技術應用創新論壇主論壇上正式對外發布。
CPU指令系統是計算機的軟硬件界面，是CPU所執行的軟件指令的二進制編碼格式規范。一種指令系統承載了一個軟件生態，如X86指令系統和Windows操作系統形成的Wintel生態以及ARM指令系統和Android操作系統形成的AA生態。國外CPU廠商以指令系統作為控制生態的手段，需要獲得“授權”才能研制與之相兼容的CPU。采用授權指令系統可以研制產品，但不可能形成自主產業生態，就像中國人可以用英文寫小說，但不可能基于英文形成中華民族文化。
目前，構建自主可控的信息技術體系和產業生態已成為共識，同時自主產業生態企業也深切感受到，“在別人的墻基上砌房子，再大再漂亮也可能經不起風雨，甚至會不堪一擊”，而指令系統就是信息產業的墻基，基于國外授權的指令系統難以建設自主的信息技術體系和產業生態。2020年，龍芯中科基于二十年的CPU研制和生態建設積累推出了龍芯架構（LoongArch），包括基礎架構部分和向量指令、虛擬化、二進制翻譯等擴展部分，近2000條指令。龍芯架構不包含MIPS指令系統。
龍芯架構具有完全自主、技術先進、兼容生態三方面特點。
龍芯架構從整個架構的頂層規劃，到各部分的功能定義，再到細節上每條指令的編碼、名稱、含義，在架構上進行自主重新設計，具有充分的自主性。
龍芯架構摒棄了傳統指令系統中部分不適應當前軟硬件設計技術發展趨勢的陳舊內容，吸納了近年來指令系統設計領域諸多先進的技術發展成果。同原有兼容指令系統相比，不僅在硬件方面更易于高性能低功耗設計，而且在軟件方面更易于編譯優化和操作系統、虛擬機的開發。
龍芯架構在設計時充分考慮兼容生態需求，融合了各國際主流指令系統的主要功能特性，同時依托龍芯團隊在二進制翻譯方面十余年的技術積累創新，不僅能夠確保現有龍芯電腦上應用二進制的無損遷移，而且能夠實現多種國際主流指令系統的高效二進制翻譯。
目前，支持龍芯架構的龍芯3A5000處理器芯片已經流片成功，基于新架構的完整操作系統已經在3A5000計算機上穩定運行。從其它主流指令系統到LoongArch的二進制翻譯系統已經可以在3A5000計算機上演示運行基于其它主流指令系統的復雜應用程序。龍芯中科從2020年起新研的CPU均支持LoongArch架構。
龍芯中科高度重視與龍芯架構相關的知識產權工作，委托國內第三方知名知識產權評估機構對龍芯基礎架構進行深入細致的知識產權評估。從2020年二季度開始，雙方投入上百人月，將LoongArch與ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等國際上主要指令系統有關資料和幾萬件專利進行深入對比分析。2021年1月，針對被評估的基礎架構版本該評估機構認為：（1）LoongArch在指令系統設計、指令格式、指令編碼、尋址模式等方面進行了自主設計。（2）LoongArch指令系統手冊在章節結構、指令說明結構和指令內容表達方面與上述國際上主要指令系統存在明顯區別。（3）未發現LoongArch基礎架構對上述國際主要指令系統中國專利的侵權風險。
龍芯中科已經在一定范圍內發布LoongArch的基礎架構指令系統手冊。待完成評估后，龍芯中科將在更大范圍內發布更完整的LoongArch指令系統手冊。龍芯中科還將聯合產業鏈伙伴在適當的時間建立開放指令系統聯盟，在聯盟成員內免費共享LoongArch及有關龍芯IP核。
指令系統是軟件生態的起點，只有從指令系統的根源上實現自主，才能打破軟件生態發展受制于人的鎖鏈。龍芯自主指令系統的推出，是龍芯中科長期堅持自主研發理念的重要成果體現，是在完成CPU性能補課、全面轉向生態建設歷史關頭的重大技術跨越，標志著龍芯中科在自主信息技術體系和產業生態建設方面從跟隨性發展的必然王國走向了自主發展的自由王國。
