Loongson — Википедия

Loongson (кит. трад. 龍芯, упр. 龙芯, пиньинь Lóngxīn, палл. Лунсинь, драконовое ядро)^[1] — линейка MIPS-совместимых процессоров общего назначения, а также название китайской бесфабричной компании (Loongson Technology), которая их разрабатывает. Альтернативное название процессоров — Godson^[2], происходит от технического наименования^[3].

В ранних реализациях процессоров не хватало четырех инструкций запатентованных MIPS Technologies (US4814976A, Unlighted Load Store), таким образом Китай пытался избежать юридических проблем^[4][5].

Позже, соглашение с американской MIPS Technologies было заключено Институтом компьютерных технологий Китайской академии наук. Европейская STMicroelectronics приобрела лицензию MIPS у американцев для Loongson^[6][7][8], в результате чего процессоры могли позиционироваться, как основанные на MIPS и MIPS-совместимые, а не просто MIPS-подобные. В дальнейшем китайский институт купил лицензии на использование MIPS32 и MIPS64 напрямую у MIPS Technologies^[9].

На базе процессоров Loongson планировалось собирать персональные компьютеры Longmeng и Sinomanic.

Разработка процессоров Godson, основанных на архитектуре MIPS, была начата под руководством Ху Вэйу^[кит.] (Hu Weiwu) Институтом компьютерных технологий Китайской академии наук в 2001 году. Целью проекта называли создание «высокопроизводительных микропроцессоров общего назначения»^[2], это была часть плана «Сделано в Китае», который должен был быть реализован к 2025 году^[10]. Разработку пытались финансово поддержать в 10-й и 11-й «пятилетках» Китая^[11].

Исследования^[12] показали, что процессор Godson-2 (2005) являлся попыткой скопировать популярный американский процессор MIPS R10000 1995 года от компании MIPS Technologies, но производитель не имел лицензии на реализацию архитектуры MIPS.

В марте 2006 года на выставке Computex 2006 в Тайбэе было объявлено о работах по созданию на основе процессора Godson-2 прототипа персонального компьютера Longmeng («Сон дракона»). В сентябре 2006 года было объявлено о разработке версии Loongson-2E (Godson-2E), поддерживающей набор команд 64-битной MIPS III и работающей на частоте 1 ГГц. Директор Института компьютерных технологий Академии наук КНР Ли Гоцзе (李国杰) рассказывал журналистам, что скачок в возможностях между вариантами 1 и 2В процессора был двукратным, а между 2В, 2С и 2Е — трёхкратным. Он заявлял, что в среднем возможности их процессора удваиваются каждый год, то есть в 2 раза быстрее, чем по «Закону Мура», и что КНР сумеет «объединить серию небольших прорывов в один большой скачок».

В 2010 году компания была коммерциализирована как отдельная организация^[10]. Поскольку Loongson является бесфабричной, процессоры для неё изготавливает и продает европейская компания STMicroelectronics^[10][13], она же первоначально и приобрела для Loongson лицензию у MIPS Technologies^[7].

В 2022 году Китай ввёл запрет на поставки процессоров Loongson в Россию и другие страны^[14].

Первое поколение, Loongson I, представляет собой процессор с 32-битной MIPS архитектурой, работающий на частоте 266 МГц. Ориентирован на встраиваемые системы, например, такие как кассовые терминалы, где не требуется высокая производительность и 64-разрядность. Впервые увидел свет в 2002 году.

Второе поколение, Loongson II — это семейство MIPS III совместимых^[3][15] 64-разрядных процессоров. Изначально работал на частоте 500 МГц. Версия процессора 2Е (2006) рассчитана на увеличенную тактовую частоту 1 ГГц. Версия процессора Godson-2F (2007) работает на частоте 1,2 ГГц.

26 декабря 2007 года Китай объявил о намерении построить суперкомпьютер на основе этих процессоров. Команда создателей под руководством академика Чэнь Голяна (陈国良), профессора Университета науки и техники Китая, планировала использовать 330 процессоров Godson-2F. Размеры суперкомпьютера должны были приблизительно соответствовать размерам бытового холодильника, стоимость не должна была превышать 800 000 юаней.

Поздние версии процессоров получили поддержку MIPS64 благодаря общему с Loongson 3 ядру GS464^[16].

Поколение Loongson III — это первые процессоры Loongson, имеющие несколько ядер^[17].
Процессоры были изначально разработаны для использования LoongISA - т.е. MIPS64 ISA с дополнительными расширениями^[17]. Дизайнеры также попытались оптимизировать двоичную трансляцию кода архитектуры Intel x86^[3].

Архитектура MIPS64 Release 2 с расширенным набором инструкций была реализована^[16][18] в процессорах Loongson 3A2000 (2015 год) в рамках ядра GS464E^[16].

• LoongEXT — расширения общего назначения
• LoongVZ — расширения виртуализации «VZ», представленные в MIPS64 Release 5
• LoongBT — вспомогательные инструкции, ускоряющие двоичную трансляцию x86 и ARM
• LoongSIMD — векторные расширения для 128-битных SIMD
• Архитектура MIPS SIMD (MSA), DSP и VZ модули из MIPS Release 5

LoongArch была продемонстрирована в 2021 году с выходом Loongson 3 5000 серии. Разработчик из компании Loongson описывает^[19] её как RISC архитектуру «немного похожую на MIPS или RISC-V. Она включает в себя урезанную 32-битную (LA32R), стандартную 32-битную (LA32S) и 64-битную (LA64) версии».

LoongArch часто называют форком архитектуры MIPS64r6 из-за отсутствия изменений в списках инструкций^[20][21][22].

Издание The Register в ноябре 2021 предположило, что компания Loongson взяла части архитектур MIPS и RISC-V, а также дополнительные инструкции, и смешала их в гибридную архитектуру для процессора 3A5000^[23].

Следует заметить, что Godson несовместим с набором команд x86, и использует модифицированный набор MIPS, с заменой некоторых команд на аналогичные, разработанные Институтом компьютерных технологий.

Для работы на этом процессоре были портированы Debian GNU/Linux, gNewSense, Gentoo Linux, Red Flag Linux, NetBSD^[39], OpenBSD^[40]. Велась работа по подготовке версии Slackware Linux; также в рамках проекта Google Summer of Code 2010 закончилась работа по портированию FreeBSD^[41][42].

С некоторой информацией о практическом использованием можно ознакомиться в блогах «My CPU is Loongson»^[43] и «CinnamonPirate»^[44].

Операционные системы, спроектированные для работы только на архитектуре x86, на Godson работать не могут (десктопные операционные системы Microsoft, такие как MS-DOS или Microsoft Windows). Тем не менее, операционная система Windows CE, ориентированная на компактные и встраиваемые устройства, была портирована на процессор^[45].