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凡億電路龍芯芯片處理器設計方案

time : 2020-06-10 09:38       作者:凡億pcb

國產操作系統UOS在不久前被正式發布,而國產新一代處理器已于2019年12月被正式發布,近日官方發文介紹其產品特色以及新特性。
龍芯作為“中國芯”的代表之一,“龍芯”發布自主研發的新一代通用處理器(CPU),單核通用處理性能大幅提升,并實現了CPU和主板升級均不影響操作系統兼容性。通過在市場中試錯,龍芯團隊認識到我國CPU與國外CPU的主要差距在于通用處理性能,而不是專用處理性能;在于單核性能不足,而不是核數不夠多;在于設計能力不足,而不是工藝不夠先進。因此,龍芯中科公司一直致力于通過優化設計方案提高單核通用處理性能,直到3A4000完成設計能力“補課”。最終,使得3A4000通用處理性能與AMD公司28nm工藝最后產品“挖掘機”處理器相當。
CPU也就是中央處理器,是計算機設備的運行核心,主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。龍芯中科發布了龍芯新一代通用CPU產品3A4000/3B4000。它們是龍芯3號系列處理器中首款基于GS464v微架構的四核處理器。從架構、產品等角度來更好地了解國產處理器的優勢。
架構
龍芯處理器設計方案相比上一代GS464e微架構,GS464v微架構進一步優化流水線,提升運行頻率,加強對虛擬化、向量支持、加解密、安全機制等方面的支持。相比上一代四核處理器龍芯3A3000,芯片整體實測性能提升一倍左右。操作系統應用程序與龍芯3A3000實現二進制兼容。
龍芯3A4000/3B4000采用全新的FCBGA-1211封裝,不再向前兼容。龍芯3B4000支持多達八片結構的多路一致性互連。
產品
龍芯3A4000/3B4000使用與上一代產品3A3000/3B3000相同的28nm工藝,采用龍芯最新研制的新一代處理器核GS464V,屬于業界領先的新一代微結構。主頻1.8GHz-2.0GHz,SPECCPU2006定點和浮點單核分值均超過20分,是上一代產品的兩倍以上。
通過優化功耗管理,基于龍芯3A4000的筆記本工作時間比上一代產品延長一倍以上。通過CPU直連形成的3B4000四路服務器綜合性能是上一代產品3B3000雙路服務器的四倍以上,虛擬機效率也從上一代產品的85%以上提高到95%以上。
在安全性方面,龍芯3A4000/3B4000在片內集成了安全機制,實現自主可控和安全可靠的統一。能夠從機制上有效防范Meltdown和Spectre等漏洞,支持MD5、AES、SHA等加解密算法,支持專用安全可信模塊及國密算法,支持“影子棧”等訪問控制機制。
不僅如此,龍芯3A4000/3B4000芯片中的所有功能模塊,包括CPU核心、片內互聯總線、DDR4內存控制器及各種IO接口模塊等的所有源代碼均自主設計。
此外,芯片中所有定制模塊,包括多端口寄存器堆、鎖相環、DDR4PHY、高速IO接口PHY等版圖均自主研發。除了流片廠家提供的基本設計環境,龍芯3A4000/3B4000沒有使用任何第三方IP。
龍芯處理器設計方案
特色以及特性
下面針對龍芯的兩款產品3A4000與3B4000分別對產品特色以及新特性進行介紹。
1)龍芯3A4000
龍芯3A4000可以應用于龍芯桌面臺式機、筆記本電腦。在性能方面,龍芯3A4000主頻1.8GHz-2.0GHz,每個CPU芯片包含4個獨立的處理器核,龍芯3A4000通用計算性能是龍芯3A3000的兩倍以上。數據表明,龍芯3A4000的定點和浮點單核分值均超過20分,而龍芯3A3000約為10分。龍芯3A4000內置256位向量計算單元,面向科學計算、高密度數值信息處理的峰值計算性能是龍芯3A3000的4倍以上。
龍芯3A4000實現精細功耗管理,內置功耗控制核心,可以根據運行負載進行動態調頻、調壓;還同時支持動態的調整電壓,這在自研處理器中屬于領先技術。官方稱通過操作系統配合實現優化功耗管理,龍芯3A4000筆記本電腦工作時間比龍芯3A3000延長一倍以上。
2)龍芯3B4000
龍芯3B4000屬于龍芯服務器CPU產品線,用于多路服務器整機產品。龍芯3B4000主頻1.8GHz-2.0GHz,每個CPU芯片包含4個獨立的處理器核。其支持雙路、四路服務器,即在一臺服務器主板上安裝2個或者4個龍芯3B4000芯片,一臺服務器最多包含16個處理器核。所有CPU之間通過高速總線接口直接互聯,共享使用物理內存。龍芯3B4000專門優化了CPU之間的高速互連總線,跨片訪存實際帶寬提升400%以上。
龍芯3B4000提升了對于大內存容量支持,支持DDR4內存,四路服務器最高內存容量可達1TB,龍芯3B4000四路服務器性能是龍芯3B3000雙路服務器的四倍以上。
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