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1.3 龙芯处理器基础知识

本节将简要介绍龙芯处理器的发展历程、龙芯处理器核的种类和性能,以及龙芯产品的分类。

1.3.1 龙芯处理器发展历程

国产龙芯系列处理器经历了从无到有、性能从弱到强的发展历程,如表1.1所示。

表1.1 龙芯的发展历程

(1)第1代产品:龙芯的第一代产品主要是把中科院计算所的科研成果进行产品化,包括龙芯3A1000、2F、3B、2H等CPU。2008年成功研制出龙芯2F处理器芯片,2010年成功研制出龙芯3A处理器芯片,2011年成功研制出龙芯1A及1B处理器芯片(属于龙芯2H的衍生产品,为低端SoC)。2012年年底成功研制出龙芯3B和龙芯2H处理器芯片。

(2)第二代产品:龙芯的第二代产品大幅提升了处理器核的性能,开发的4发射64位处理器核GS464E和双发射32位处理器核GS232E性能达到了世界先进水平。随后,基于40nm工艺和28nm工艺研制成功龙芯3A2000/3B2000和龙芯3A3000/3B3000四核CPU,以及基于40nm工艺研制成功2K1000 SoC处理器。

龙芯3A2000/3B2000与龙芯3A1000引脚兼容,主频达到800MHz~1GHz,片内集成了4个GS464E处理器核,相同主频下通用处理性能(以SPEC-CPU2006为测试标准)是龙芯3A1000的3~5倍,达到同期AMD微处理器芯片的性能,该款处理器芯片于2015年第2季度流片成功,于2016年第1季度推出产品。

在龙芯3A2000/3B2000微处理器的基础上研制成功了龙芯3A3000/3B3000微处理器芯片,该款芯片的主频达到1.5GHz,处理性能已经超过Arm和威盛的高端处理器,该款处理器芯片于2016年第三季度流片成功,于2017年第2季度推出产品。

龙芯2K1000 SoC处理器片内集成2个GS264处理器核,主频达到1GHz,通用处理器性能是龙芯2H的3~5倍,于2017年推出产品。

(3)第3代产品:作为龙芯处理器的第3代产品,龙芯于2019年发布了基于28nm工艺的4核3A4000/3B4000微处理器芯片。该款处理器采用GS464V处理器核,它在GS464E的基础上增加了256位的向量部件,升级了微内核的性能,主频达到2GHz。在相同主频下,处理性能是3A3000/3B3000的两倍。在此基础上,采用新工艺节点的4核3A5000已经流片成功,最高主频达2.5GHz,并在规划后续的16核龙芯3C5000。

在第三代产品中,对已经量产的2K1000进行升级,并提供更加丰富的外设接口,不久将推出主频达到2GHz的4核2K 2000 SoC处理器产品。

思考与练习1-6 :在龙芯处理器的迭代过程,主要产生了几代产品,它们各自的特点是什么。

1.3.2 龙芯处理器核的种类和性能

龙芯的产品基于龙芯的3个系列处理器核。

(1)GS132处理器核:该处理器核为单发射32位结构,采用静态流水线,其1.0版本(简称GS132)为3级静态流水线结构,在龙芯1D产品中使用;其2.0版本(简称GS132E)为5级静态流水结构。

(2)GS232处理器核:该处理器核为双发射32位结构,采用动态流水线,其1.0版本(简称为GS232)为5级动态流水线结构,在龙芯1A、1B、1C中使用;其2.0版本(简称为GS232E)为动态流水线结构,其64位版本为GS264,在龙芯2K1000中使用。

(3)GS464处理器核:该处理器为四发射64位结构,采用动态流水线,其1.0版本(简称GS464)为9级流水线结构,在龙芯3A1000、2H中使用;其2.0版本(简称GS464E)为12级动态流水线结构,在龙芯3A1500、龙芯3A/3B2000、龙芯3A/3B3000等CPU中使用;其3.0版本(简称GS464V)为12级动态流水线结构,含256位向量部件,在龙芯3A/3B4000、龙芯3A/3C5000等CPU中使用。

:龙芯GS132及GS232 IP核可用于对外SoC设计服务,而GS464 IP核仅限于自用。

思考与练习1-7 :龙芯处理器核主要有哪几个处理器版本,它们的主要特点是什么。

1.3.3 龙芯产品分类

龙芯产品线包括龙芯1号小CPU、龙芯2号中CPU和龙芯3号大CPU三个系列。

1)龙芯1号(小CPU)

龙芯1号系列32位处理器,采用GS132或GS232处理器核,集成针对特定应用的外设接口,形成面向特定应用的SoC单片解决方案,主要应用于云终端、工业控制、数据采集、手持终端、消费电子等领域。该系列主要包括龙芯1A处理器、龙芯1B处理器、龙芯1C处理器、龙芯1D处理器和龙芯1H处理器。

2)龙芯2号(中CPU)

龙芯2号系列处理器,采用GS464或GS264高性能处理器核,集成丰富的外设接口,形成面向嵌入式计算机、工业控制、移动信息终端、汽车电子等64位高性能低功耗SoC芯片。该系列主要包括龙芯2F处理器、龙芯2H处理器,以及龙芯2K1000处理器。

3)龙芯3号(大CPU)

龙芯3号系列处理器,片内集成多个GS464、GS464E或GS464V高性能处理器核和必要的I/O接口,面向桌面计算机、服务器、存储、高端嵌入式计算机等应用。该系列包括4核龙芯3A1000(采用65nm工艺)处理器、8核龙芯3B1500(采用32nm工艺)、龙芯3A2000/3B2000(采用40nm工艺)处理器、龙芯3A3000/3B3000(采用28nm工艺)处理器、龙芯3A4000/3B4000(采用28nm工艺)处理器,以及龙芯3A5000/3B5000(采用14nm工艺)处理器。 v6PgleBhzLZUZsIrGIPx2aalaYhF7hYCuQrorsoaTeyyY9/PH5lTV8vUEbMxTP7i

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