MIPS转投RISC-V是龙芯新征程的开始？

shuszhao

在MIPS加盟RISC-V阵营后，有人鼓吹龙芯要完，但事实上，这完全是不了解龙芯具体情况的臆测。特别是在龙芯开发自主指令集LoongArch之后，已经在指令集方面走上了独立自主道路。铁流认为，MIPS投RISC-V，对于龙芯而言，是新征程的开始。


MIPS投RISC-V对龙芯无影响

在MIPS加盟RISC-V阵营后，有观点鼓吹龙芯要完，但事实上，这完全是不了解龙芯具体情况的臆测，是拿ARM阵营CPU公司的情况硬生生往龙芯身上套用。

由于MIPS学院风很重，在技术授权上比较开放。技术上的开放一方面使MIPS在学院派中颇受青睐，很多大学至今依然在使用MIPS进行教学，另一方面，客户可以自由添加指令集，而这直接导致MIPS的生态破碎化。
ARM则在商业上比较开放，但在技术上卡的非常严格，在ARM32时代，ARM仅对苹果、高通等不超过5家公司授权过ARM32指令集，而且禁止客户修改、添加指令，其他的一律是IP核授权。诚然，ARM64在授权方面比ARM32开放很多，但价格异常昂贵，还有很多附加条款，比如使用范围局限于服务器CPU，禁止修改添加指令等等。ARM在技术授权方面比MIPS更加保守，但恰恰是这种保守的举措，比如禁止客户修改、添加指令等条款使ARM避免了MIPS生态破碎化的命运。
目前，市场上绝大多数ARM芯片都是从ARM购买的公版架构，高通、联发科、麒麟、展锐的手机芯片基本都是IP授权。以麒麟为例，从最早的K3开始，到最新的麒麟9000，在过去十年中，麒麟芯片的CPU核全部从ARM购买。
由于手机芯片厂商在CPU上高度依赖ARM，一旦无法买到ARM的最新IP，那就意味着在技术迭代中落后。以麒麟芯片为例，当年美国制裁时，BBC就爆料ARM内部文件，称ARM断绝了和HW的技术合作。之后的麒麟990则继续使用麒麟980上的A76，而竞争对手的芯片则用上了A77。最近，麒麟9000用上了A77，竞争对手已经用上了A78。

相比之下，龙芯则不存在这方面的问题，由于龙芯的IP从头开始就是自主研发，历经二十年先后研发了GS132、GS132e、GS232、GS232e/GS264、GS464、GS464e、GS464V等数代CPU核，以及一些未正式命名的小改版本（3A2000和3A3000虽然都是基于GS464e，但其实是两个版本，IPC提升了15%；3A4000和3A5000在公开资料里都是GS464v，但其实连指令集都不一样，完全是两个版本，IPC提升在15%以上），基于这些CPU核又研发了几十款CPU。由于龙芯实现了核心IP完全自主设计，这使龙芯并不依赖MIPS的IP，因此，MIPS是否继续研发MIPS处理器，对龙芯毫无影响。相对于众多ARM阵营手机芯片厂商需要持续从ARM那里购买IP才能保证技术迭代，龙芯本来就不需要从MIPS购买IP核。


龙芯的目标就是完全自主可控

早期，龙芯基于MIPS设计CPU，之后不断添加指令，在十多年里，龙芯基于MIPS进行添加了1000多条指令形成了LoongISA，龙芯3A4000以前的处理器，都是基于LoongISA。
不过，MIPS毕竟是一家美国公司，即便获得了MIPS永久授权，一旦发生紧急情况，还是存在未知风险。加上MIPS是第一款商用RISC处理器，由于一直保持向下兼容，积累了很多历史包袱，很多被人诟病的问题由于保持兼容的原因一直未修改。在技术飞速发展的大背景下，仅仅基于MIPS进行添加指令已经无法满足龙芯的需求。在外在风险和内在需求的双重刺激下，龙芯开发自主指令集LoongArch。

由于不少人怀疑LoongArch又是龙芯基于MIPS魔改，铁流特意向一位中科院计算所研究员求证，获得的回复是“LoongArch自定义指令集，通过二进制翻译技术兼容MIPS”。该研究员是RISC-V的支持者，为RISC-V在中国的推广做出了巨大贡献。有鉴于这位研究员与龙芯没有任何利益关系，其表态可靠性极高。
至于有网友怀疑LoongArch是龙芯拿出来危机公关的言论，其实只要稍微对龙芯有一点了解就可以粉碎这个谣言。因为3A5000就是基于LoongArch设计，且已经有样片，将在2021年投放市场，从确定新指令集到基于新指令将设计一款CPU，再到完成流片，需要漫长的周期，龙芯不可能在几年前就预测到MIPS将于2021年3月宣布投身RISC-V。很显然，LoongArch是龙芯筹谋已久的成果，绝非某些厂商用来应对危机公关的“按揭开源”产品。
由于采用了LoongArch，彻底杜绝了MIPS指令集一些饱受诟病的问题，龙芯自定义指令有一些比MIPS指令更优秀，代码执行效率更高，因而在局部（并非全部都更好）出现了二进制翻译后，不仅没有性能损失，反而性能比直接用MIPS还要好的情况。为此，铁流咨询了行业人士，获得的回复是“二进制翻译领域，翻译后效率超过100%，这个是有先例的”。
一位开发者告知：LoongArch和MIPS没有关系了，新指令集LoongArch基本和MIPS可以一一对应，当前loongArch已经非常成熟了，经过了一年的磨合，基本所有的包都编译好了，debian的系统和我们常用的ubuntu系统一样，apt-get install安装就可以了，感觉不到是新的指令集。
从龙芯最初基于MIPS添加指令，到发展出基于MIPS的LoongISA，再到最新的LoongArch，龙芯的目的是非常明确的，也是显而易见的，那就是尽一切可能掌握主导权，坚定不移走自主之路。


3A5000是龙芯开启指令集自主的里程碑

在过去这些年，无论是Imagination，还是Wave Computing都没有在MIPS投入多少资源，都只是在拿MIPS的IP赚钱，尽可能榨取MIPS的剩余价值，主要精力分别放在各自的主营业务——GPU和AI芯片上。直接的结果就是MIPS的CPU发展非常慢，如今，龙芯3A4000的性能已经大幅超越了MIPS CPU，龙芯3A5000则在裸CPU性能上相对于龙芯3A4000进一步提升50%至60%，堪称当下最好的自主CPU。
Imagination、Wave Computing在硬件上是如此，在软件上亦是如此。就软件生态方面，由于过去这些年Imagination、Wave Computing的不作为，其实很多方面已经是龙芯挑大梁了。
在龙芯对很多软件进行移植优化的时候，也不忘同时带上其他MIPS处理器的支持，在v8，OpenJDK等JIT虚拟机中，龙芯都已经成为了整个MIPS架构的代码维护者。半年前UOS也把Loongson内核与x86内核、ARM内核并列，其中一项更新是增加了对龙芯3A4000的支持。
过去，龙芯在MIPS的软件生态方面已经获得了一定的主导地位。龙芯完成了.NET的移植，成为了Java运行环境OpenJDK 13的一大贡献者，现在维护着上游MIPS架构和龙芯扩展的代码。诸多多媒体库，例如FFmpeg,libvpx,OpenH264,libyuv等，都已经由龙芯针对自己的MMI以及MIPS的MSA等向量指令进行优化并提交给上游。有些库支持龙芯扩展指令甚至比支持MIPS的扩展指令还早。Linux内核的上游也一样被龙芯生态链成员维护着。龙芯在开源软件方面已经获得了一定的发言与控制权。
MIPS原本的生态绝大部分已经是历史，龙芯如今的软件生态主要是来自龙芯自己维护的各种开源项目，以及国内各家软件开发商对产品的移植，本质上已经不能再称为MIPS软件生态，而应当称为龙芯生态。事实上，在移植一些软件的时候，已经要区分龙芯版本和MIPS版本了。
LoongArch是龙芯筹划多年的产品，这一点从LoongArch在3A5000 CPU完成流片后才亮相就可能看出来。龙芯确立LoongArch之后，龙芯和MIPS已经分道扬镳，毫无关系了。对于龙芯而言，无论MIPS存在与否，都不影响龙芯独立自主建生态，龙芯过去是这么做的，现在依然这么做，未来还是这么做。

过去几年中，龙芯是全球还在发展MIPS高性能处理器的玩家，在龙芯退出MIPS，立起LoongArch大旗之后，龙芯3A4000极有可能被定格为最强MIPS处理器。在失去龙芯这个玩家，MIPS投奔RISC-V后，MIPS也将成为历史。LoongArch是独立生态的基本点，3A5000则是龙芯开启LoongArch新征程的里程碑。

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