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龙芯2号已交中芯流片 主频明年达1GHz |
| 文章来源：最新采集
发布时间:2006/4/24 8:36:14 【关闭】 |
CPU是计算机系统及各类电子设备的核心，其设计和制造是技术实力的象征。因为缺乏自主的CPU设计和实现技术，我国信息产业中与CPU相关的许多核心技术及产品仍然主要依赖进口，不仅经济上受制于人，产品的增值空间小、盈利能力弱，而且信息系统的安全乃至国家安全也面临威胁。因此，研制自主知识产权的CPU芯片甚为必要。
在知识创新工程试点工作中，中科院把掌握信息产业核心技术、解决我国信息产业“空心”的问题作为重要任务，并以高性能通用CPU的研制为突破口，于2002年启动实施知识创新工程重大项目“高性能通用CPU芯片研制”，进行龙芯2号高性能通用CPU的研制。这项工作同时得到了国家863计划计算机软硬件技术主题的支持，成为该主题的重点课题。项目以中科院计算所为依托单位，并联合微电子所、自动化所和北京微电子所等单位进行集中攻关，在通用CPU的芯片设计及人才培养等方面取得了一系列成果。龙芯2号紧紧围绕市场需求进行系统设计，在研制过程中就有了很好的市场前景，出现了“市场等芯片”的局面。
一、瞄准国家战略需求，实现跨越发展
根据中科院基础性、战略性、前瞻性的要求以及计算所作为国立研究所的定位，所领导和课题组在立项之初就制定了“瞄准国家战略需求，坚持高起点，实现跨越发展”的目标。即从通用CPU入手，先发展高性能通用CPU芯片，突破其中的关键技术，再在此基础上带动嵌入式的应用。上述目标对龙芯2号提出了两方面的要求。一是通用，即龙芯2号不仅可以作为PC机和服务器芯片使用，而且可以在大量的嵌入式场合使用。二是高性能，作为通用CPU芯片，龙芯2号必须达到一定的性能，在性能上与Intel、IBM、SUN等公司生产的通用CPU芯片差距不能太大。
龙芯2号的研制目标为：通过研制与主流兼容的64位、四发射高性能通用CPU芯片，掌握现代CPU的核心设计和实现技术。在性能方面的目标为：在0.18微米工艺条件下达到500MHz主频，使用国际通用的SPEC CPU2000测试程序测试的分值为300分。其中SPEC CPU2000的分值达到300分，意味着500MHz的龙芯2号实际性能将与1.3GHz左右的PIV性能相当，超过威盛CPU的实际性能。
为了实现上述目标，课题组制定了如下技术路线。
一是做到战略上的高起点和战术上的稳扎稳打相结合。在任务紧难度大的情况下，课题组人员根据实际情况，在项目的具体实施中做到稳扎稳打、步步推进。在实现方法方面，在结构设计、逻辑设计、物理设计等阶段都进行步步为营的验证和分析，尤其是在结构设计阶段进行一拍一派的C模拟器模拟，并把C模拟文件作为详细结构设计的文档，实现 “可执行的结构设计”。在项目进度方面，为降低风险采用“小步快跑”的策略，进行多次流片并根据流片结果不断优化结构和物理设计以提高性能。目前龙芯2号已经进行了两次成功的试流片，龙芯2号0.18um的定型芯片也已于2004年7月初交付中芯国际进行流片。根据实际的性能测试和分析，龙芯2号首片的性能是龙芯1号的3-5倍，而7月份流片的定型芯片的性能又是首片龙芯2号的3-5倍。
二是充分发挥结构设计优势和进行软硬件协同的设计。在结构上通过CPU中各个层次的并行性开发来提高性能。这些并行性包括指令级并行、数据级并行以及线程级并行。龙芯2号在并行性开发上主要开发指令级并行技术，即实现四发射结构，并实现充分的乱序执行技术有效发挥多发射通路的效率，减少指令间的互相等待。此外，龙芯2号还实现了数据级并行的媒体处理部件。软硬件协同主要指通过编译优化及硬件对编译器的支持提高性能，既不片面追求复杂的硬件，也不把沉重的优化负担完全压在编译器身上。龙芯2号的后期版本及龙芯3号将进一步实现线程级并行技术。
三是从兼容起步的策略。由于现代计算机中软件开发费用已经大大超过硬件开发费用，因此兼容性设计是龙芯CPU设计的重要目标。龙芯CPU与主流CPU之一的MIPS兼容。除了用于计算机外(SGI的工作站主要使用MIPS兼容CPU)，MIPS CPU还在网络、打印机、游戏机等领域得到广泛应用。由于支持MIPS兼容的指令系统，除了很容易运行LINUX操作系统外，龙芯CPU还能支持VxWorks以及WinCE等主流嵌入式操作系统。当国家与企业有足够的投入和其他条件成熟时，将按市场需求和技术发展趋势设计自己的指令系统。
四是坚持系统设计、物理设计和验证的紧密结合。首先，结构设计和物理设计需要紧密结合。在龙芯2号的设计中，流水线的最大逻辑路径不是由体系结构设计的需要来确定，而是由物理设计的要求来确定。即先确定每一级流水线的最大延迟并在此约束下进行结构设计。其次，验证工作贯穿于设计的整个过程，占总工作量的60-70%。验证的难度在于对于CPU这样的复杂系统，任何验证工作只能证明错误，不能证明正确。因此，验证的目标是为了增加项目管理人员的信心，验证的目的是为了发现错误。
二、坚持产出导向，加 |
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