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2002年8月10日清晨6點零8分，“login:”的字樣如約出現在用“龍芯1號”作CPU的計算機屏幕上?！褒埿尽蓖镀晒α?這是一個在我國計算機領域里值得永遠銘記的時刻。從這一刻起，中國人結束了只能用洋人的CPU造計算機的歷史，中國人在信息領域的核心技術上受制于人的時代永遠成為了歷史。
在IT硬件領域中，特別是在像CPU等核心技術上，我們跟國外有廠商有著較大的差距這個顯而易見，始終是技不如人。而CPU又是計算機中最為關鍵、最為核心的部件，缺乏具有自主知識產權的芯片尤其是中央處理器芯片，已成為我國計算機產業的一大“芯”病，這種局面也是國內一些從事信息技術的科研人員一塊不能觸摸的傷口，是他們永遠的痛。一方面是我們無比的自豪，中國終于擺脫了一大“芯”病;另一方面圍繞“龍芯”出現了一些質疑，處理器芯片的市場競爭是異常激烈的，AMD和英特爾這對生死冤家已經是一場好看的龍虎斗，“龍芯”如何才能出人頭地呢?“龍芯”如何融入全球產業鏈中去?“龍芯”有何種優勢去和AMD和英特爾競爭?以及未來的發展方向將是哪里?
帶著這些問題，讓我們回顧“龍芯”發展歷程
一、龍芯處理器發展的漫漫長路
從2000年11月起，中科院計算技術研究所就已經正式啟動處理器設計項目，并在2001年3月開始，由該計算技術研究所從事信息技術的科研人員，開始向我國無自主研發處理器的這塊未開發的領地進軍，并進行研制我國具有自主知識產權的高性能通用CPU芯片。寄望于祖國和民族的興盛，他們把這一項目命名為“龍芯”!可以毫不夸張地說，龍芯雖然是一塊小小的處理器芯片，但是他卻承載著我國太多的期望和突破。
時過境遷，就在短短的幾年時間里，龍芯已經從僅開始停留在處理器設計項目的藍圖里，轉而成為實實在在的處理器產品，從“龍芯1號”到“龍芯2號”再發展到前不久已經準備開始集中進行研發的下一代“龍芯3號”處理器，我們完全有理由相信中國龍芯處理器正在向著自己所預定和鋪設的道路一步一步的前進。
作為對于硬件資訊比較感興趣的消費者來說，僅僅知道中國龍芯處理器的型號、研發推出的時間段是完全不夠的，這也顯然也不能滿足一些讀者對于中國龍芯處理器有更深一步了解的要求。下面通過更加詳細的資料，讓我們了解一下中國龍芯處理器發展的漫漫征程!
1、“狗剩”誕生—龍芯1號 32位微處理器
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龍芯1號處理器
在2002年9月28日，對于中國處理器領域來說又是一個全新的起點，小名“狗?！钡闹袊谝活w通用式處理器芯片---“龍芯1號”終于展示在了世人的面前掀開了他神秘的面紗。此次發布小名為“狗?！钡腃PU是中國科學院計算技術研究所歷時兩年、獨立研制成功的我國首枚高性能通用CPU?！褒埿尽钡某晒柺?，標志著我國已經結束了在計算機關鍵技術領域的“無芯”歷史。
這款芯片它采用了0.18微米工藝，包含近400萬個晶體管，主頻最高可達266MHz，已用于了國產龍騰服務器當中，這也打破了我國長期依賴國外處理器產品的尷尬局面。雖然作為中國人第一次擁有自主知識產權的處理器產品，但同時相關人員也保持著相當清醒的頭腦，因為就技術和應用的角度來看，龍芯一號與其主流的處理器產品還有著相當大的差距，據了解龍芯1號僅相當于中端Pentium 2的水平，主頻低其性能還相對較差，雖說如此，但我們也不能不承認龍芯1號的推出可以算是其中國處理器歷史上一個新的里程碑。
技術及應用特點：
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龍芯1號處理器模塊
一般根據應用模式的不同，將處理器分為通用CPU和嵌入式CPU，其實從結構上看這兩者并無差異。通用CPU芯片的功能一般比較強，能運行復雜的操作系統和大型應用軟件，嵌入式CPU芯片在功能和性能上有很大的變化范圍，相對來說比通用CPU更為復雜和強大。
龍芯一號處理器是一款既兼顧通用又有嵌入式CPU特點的新一代32位處理器，擁有32位MIPS指令系統，并采用一套簡單高效的動態流水線，支持亂序執行和精確中斷處理，采用0.18微米 CMOS工藝制造，具有良好的低功耗特性，平均功耗0.4瓦特，最大功耗不超過1瓦特。因此，龍芯一號CPU可以在大量的嵌入式應用領域中使用。
不過在緩存設計上，龍芯一號有著明顯的缺陷，芯片內只集成16KB容量的一級緩存(8KB指令+8KB數據)，對于處理器當中起到決定作用的二級緩存卻沒有設計在內，而它的晶體管規模也僅有400多萬，這也是他處理器性能較弱的一個重要原因。
龍芯一號在通用CPU體系結構設計方面采用了許多先進的微處理器的設計與實現技術，在動態流水線的具體實現和硬件對系統安全性的支持方面，有獨特創新，并申請了專利。 目前“龍芯”1號具有特殊的硬件設計，可以抗御緩沖區溢出攻擊。在硬件上根本抵制了緩沖區溢出類攻擊的危險，從而大大的增加的服務器的安全性。
因此，使用龍芯一號CPU可以構成更為安全的網絡安全服務器、網絡安全網關、網際防火墻、服務器網卡等對網絡安全有特殊需求的產品及應用?；邶埿綜PU的網絡安全設備可以滿足國家政府部門、廣大企業機關等對于網絡與信息系統安全的需求。同時，“龍芯”還會利用小于0.5瓦的低運行功耗特點，進入Intel勢弱的嵌入式芯片應用市場，以及廣泛應用到手機芯片等通訊產品市場中。
此外，它還能可以運行大量的現有應用軟件與開發工具。支持Linux、VxWork，Windows CE等操作系統。基于龍芯一號CPU的服務器，可以運行Apache Web、FTP、Email、NFS、X-Window等服務器軟件，雖然不能說是全方位的兼容，至少包括和兼容種類也有相當一部分。作為第一款通用型CPU產品，龍芯1號雖然有這樣或那樣的一些問題和缺陷，但整體來看無論是在技術和應用性上來說該處理器還是具有了相當的水平，已經為中國自主研發的處理器產品添上濃墨重彩的一筆。
2、大幅提升—龍芯2號 64位處理器
其實“龍芯1號”的問世不僅僅在于中國自主研發處理器產品，而其更深層次的意義在于它捅破了困擾在中國科技技術人員心中的一層紙，憑借著自身的技術研發實力中國也可以自己生產制造出被國外壟斷的處理器產品，為下一步對于處理器的研發打下了更為堅實的基礎。
有了龍芯1號的研發實踐經驗，中科院計算技術研究所的相關科技人員繼續努力，再次經過了兩年多的艱苦奮戰，在2005年4月26日，龍芯2號處理器正式面世?！褒埿?號”的再次登場亮相，同樣給了世人一個驚喜，無疑使得中國龍芯處理器又邁上了一個新的臺階。不過龍芯似乎為了體現出完全本土話的感覺，都在其將其處理器都被賦予了體現一些有中國特色的名字作為昵稱或者說小名。龍芯1號被命名為了“狗剩”，而這塊龍芯2號，為了紀念***誕辰，特意將其命名為“***110”，意欲紀念這位中國的偉人!
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龍芯2號處理器
相關技術及應用特點：
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龍芯2號處理器是國內首款64位高性能通用CPU芯片，它不再沿用龍芯1號的32位MIPS指令架構，而是升級到64位MIPS指令架構，這一技術環節的提升不疑增強了龍芯二號的性能潛力。它采用先進的四發射超標量超流水結構，片內一級指令和數據高速緩存各64KB，龍芯2號暫時還未直接集成二級緩存，看來在處理器的二級緩存上，龍芯發展還是有一些不暢，不過還好，他支持片外二級高速緩存最多可達8MB，比龍芯1號有了明顯的進步，這或許更多出于成本考慮。為了充分發揮流水線的效率，龍芯2號實現了先進的轉移猜測、寄存器重命名、動態調度等亂序執行技術，以及非阻塞的高速緩存和取數操作猜測執行等動態存儲訪問機制。
它仍采用0.18微米 CMOS標準單元工藝制造，與龍芯1號相比沒有差異，不過龍芯2號最高頻率可達到500MHz，功耗3W--5W，遠遠低于國外同類芯片。設計人員稱龍芯2號是一款在設計SPEC CPU2000分值可達到300分以上的64位通用處理器芯片。據了解，是2002年9月28日發布的“龍芯一號”實測性能的10到15倍，完全可以媲美Intel Pentium 3，甚至超過1.3GHz的威盛處理器的2倍至3倍，這樣的技術性能對于龍芯來說已經相當的不錯。
龍芯2號處理器它支持64位Linux操作系統和X-window視窗系統，運行全功能的Mozilla瀏覽器、多媒體播放器和一些辦公套件，比32位的“龍芯”1號更流暢地支持視窗系統、桌面辦公、網絡瀏覽、DVD播放等應用，并具備桌面PC的基本功能，尤其在低成本信息產品方面具有很強的優勢。在應用前景上，也有大幅度的提升，據了解龍芯2號的主要應用目標是Linux桌面網絡終端、低端服務器、網絡防火墻、路由器交換機、多媒體網絡終端機、無盤工作站等。
二、龍芯處理器走向何方——龍芯3號處理器將達64核 部分兼容x86
中科院龍芯主設計師胡偉武在其《龍芯3號多核處理器設計及其挑戰》的報告中指出，龍芯3號多核處理器結構特征是多平臺并行虛擬機結構，第一階段到2008年做8～16核，第二階段到2010年做32～64核。
能使用45納米技術
龍芯3號多核處理器系列主要面向服務器和高性能機應用，部分低端龍芯3號也可以面向部分桌面應用。
胡偉武稱:“龍芯3號在策略上伸縮設計、有限實現，比如結合工藝和應用，桌面應用則四核就夠了?！?/p>
2006年10月26日，中科院計算所和意法半導體簽署合作開發多核處理器協議，其中便涵蓋45納米技術的合作，龍芯2號則會進一步采用65納米技術。
龍芯優勢在于低功耗
龍芯2E工作在750MHz下時，CPU、北橋和內存條功耗一共只有7.5W。媒體播放較Pentium 4要快一些。
多核處理器的發展趨勢就是處理器結構正處在轉折期，主頻至上的時代已經結束。摩爾定律關于主頻部分的終結，晶體管資源還在增加，性能功耗比繼性能價格比后成為重要的設計指標，網絡和媒體的普及導致計算機應用的變化。
“主頻的游戲已經結束了，并行結構我們很有機會?！焙鷤ノ湔f，“我們設計的方法很正確，有10個核以上，國外廠商更多運用靜態電路，不可能把10個100W核集成在一起，不可能為了追求極端的性能犧牲功耗?！?/p>
龍芯3號部分兼容x86
龍芯3號的一個目標是要建設和諧的計算和諧，一是指人機和諧，串行程序并行化的問題;另一個是指機機和諧，就是兼容問題。
計算所人士說，關于是否兼容的問題，去年在計算所開了四五次會議討論。不兼容Wintel體系，意味著軟件上的相對匱乏;兼容，一來難以繞開專利瓶頸，二則跟蹤容易越跟越遠，因為Wintel不是一個固定的死東西，且歷史包袱也不少。
目前龍芯2號暫時沒有兼容的打算，而龍芯3號則會嘗試采取類似全美達處理器的思路去兼容x86，至少部分兼容。
龍芯3號面臨的挑戰
胡偉武指出:研發團隊的理想是使所有可執行文件可以在龍芯上正確快速地運行，要做一個多平臺并行虛擬機結構，一方面通過進程級虛擬機實現Linux上的x86兼容，另外把虛擬機自動并行化。
他同時坦言，多核結構的物理設計方法非常難，如果把16個64位龍芯的核放在一起，反而會成為最大的瓶頸，就像茶壺里倒餃子根本倒不出來的。如果封裝1千個核心，真正傳遞的信號就幾百個，需要把I/O做得很快，否則“里面快外面慢”。要建設高速傳輸的環境，高速緩存的設計等問題非常難。
高性能CPU少不了和代工廠的密切合作。CPU本身的設計還是由計算所完成，同時意法半導體今后會在物理設計方面給于計算所更多的支持。
結語
中國工程院院士、聯想漢卡發明人倪光南指出：IT核心技術的掌握關系到國家的信息安全，因此，IT核心技術中國非做不可。
一位網友在搜狐博客網上這樣寫到：很希望看到中國自己的CPU，不管它的性能怎樣，只要它上市，我就會買。身為開發人員，深深地能夠理解作為中國的開發人員所擔負的歷史責任。既然沒有機會加入到CPU的開發中，那就在他們辛勤工作的時候默默支持吧!多么樸實的言語，但展現的卻是國人高昂的愛國激情!
“龍芯”的問世不僅僅在于中國自主研發出了自己的CPU產品，其更深層次的意義在于它穿透了困擾在中國科技人員心中的一團迷霧，憑借著自身的技術研發實力，中國同樣可以自己研發生產出被國外壟斷的產品。目前有不少年輕人，對國貨表現出一貫的不信任，尤其數碼產品等。日本人就很善于引進外國技術，然后學習、模仿、創新，中國人同樣也有這種精神。中國既然可以在艱難條件下研發兩彈一星，在航天領域與美國、歐洲并肩前進，那么在芯片研制領域也一定可以做到!
“龍芯”是我們自己的孩子，我們要用心去愛護他。雖然他現在還不如Intel，但至少目前還沒有幾個國家能夠生產出這種暫時不如Intel的東東!這就是我們的驕傲!我們是龍的傳人，不是東亞病夫!我們堅信“龍芯”的成功是必然的!我們期待著“龍芯”帶給我們更多、更大的驚喜!
工商網監
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