凡亿电路龙芯芯片处理器设计方案

time : 2020-06-10 09:38       浣滆咃細鍑′嚎pcb

国产操作系统UOS在不久前被正式发布,而国产新一代处理器已于2019年12月被正式发布,近日官方发文介绍其产品特色以及新特性。
龙芯作为“中国芯”的代表之一,“龙芯”发布自主研发的新一代通用处理器(CPU),单核通用处理性能大幅提升,并实现了CPU和主板升级均不影响操作系统兼容性。通过在市场中试错,龙芯团队认识到我国CPU与国外CPU的主要差距在于通用处理性能,而不是专用处理性能;在于单核性能不足,而不是核数不够多;在于设计能力不足,而不是工艺不够先进。因此,龙芯中科公司一直致力于通过优化设计方案提高单核通用处理性能,直到3A4000完成设计能力“补课”。最终,使得3A4000通用处理性能与AMD公司28nm工艺最后产品“挖掘机”处理器相当。
CPU也就是中央处理器,是计算机设备的运行核心,主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。龙芯中科发布了龙芯新一代通用CPU产品3A4000/3B4000。它们是龙芯3号系列处理器中首款基于GS464v微架构的四核处理器。从架构、产品等角度来更好地了解国产处理器的优势。
架构
龙芯处理器设计方案相比上一代GS464e微架构,GS464v微架构进一步优化流水线,提升运行频率,加强对虚拟化、向量支持、加解密、安全机制等方面的支持。相比上一代四核处理器龙芯3A3000,芯片整体实测性能提升一倍左右。操作系统应用程序与龙芯3A3000实现二进制兼容。
龙芯3A4000/3B4000采用全新的FCBGA-1211封装,不再向前兼容。龙芯3B4000支持多达八片结构的多路一致性互连。
产品
龙芯3A4000/3B4000使用与上一代产品3A3000/3B3000相同的28nm工艺,采用龙芯最新研制的新一代处理器核GS464V,属于业界领先的新一代微结构。主频1.8GHz-2.0GHz,SPECCPU2006定点和浮点单核分值均超过20分,是上一代产品的两倍以上。
通过优化功耗管理,基于龙芯3A4000的笔记本工作时间比上一代产品延长一倍以上。通过CPU直连形成的3B4000四路服务器综合性能是上一代产品3B3000双路服务器的四倍以上,虚拟机效率也从上一代产品的85%以上提高到95%以上。
在安全性方面,龙芯3A4000/3B4000在片内集成了安全机制,实现自主可控和安全可靠的统一。能够从机制上有效防范Meltdown和Spectre等漏洞,支持MD5、AES、SHA等加解密算法,支持专用安全可信模块及国密算法,支持“影子栈”等访问控制机制。
不仅如此,龙芯3A4000/3B4000芯片中的所有功能模块,包括CPU核心、片内互联总线、DDR4内存控制器及各种IO接口模块等的所有源代码均自主设计。
此外,芯片中所有定制模块,包括多端口寄存器堆、锁相环、DDR4PHY、高速IO接口PHY等版图均自主研发。除了流片厂家提供的基本设计环境,龙芯3A4000/3B4000没有使用任何第三方IP。
龙芯处理器设计方案
特色以及特性
下面针对龙芯的两款产品3A4000与3B4000分别对产品特色以及新特性进行介绍。
1)龙芯3A4000
龙芯3A4000可以应用于龙芯桌面台式机、笔记本电脑。在性能方面,龙芯3A4000主频1.8GHz-2.0GHz,每个CPU芯片包含4个独立的处理器核,龙芯3A4000通用计算性能是龙芯3A3000的两倍以上。数据表明,龙芯3A4000的定点和浮点单核分值均超过20分,而龙芯3A3000约为10分。龙芯3A4000内置256位向量计算单元,面向科学计算、高密度数值信息处理的峰值计算性能是龙芯3A3000的4倍以上。
龙芯3A4000实现精细功耗管理,内置功耗控制核心,可以根据运行负载进行动态调频、调压;还同时支持动态的调整电压,这在自研处理器中属于领先技术。官方称通过操作系统配合实现优化功耗管理,龙芯3A4000笔记本电脑工作时间比龙芯3A3000延长一倍以上。
2)龙芯3B4000
龙芯3B4000属于龙芯服务器CPU产品线,用于多路服务器整机产品。龙芯3B4000主频1.8GHz-2.0GHz,每个CPU芯片包含4个独立的处理器核。其支持双路、四路服务器,即在一台服务器主板上安装2个或者4个龙芯3B4000芯片,一台服务器最多包含16个处理器核。所有CPU之间通过高速总线接口直接互联,共享使用物理内存。龙芯3B4000专门优化了CPU之间的高速互连总线,跨片访存实际带宽提升400%以上。
龙芯3B4000提升了对于大内存容量支持,支持DDR4内存,四路服务器最高内存容量可达1TB,龙芯3B4000四路服务器性能是龙芯3B3000双路服务器的四倍以上。
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