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龍架構軟件生態建設

胡偉武

昨天，我和東南大學首席教授、江蘇省集成電路學會理事長、南京集成電路培訓基地主任時龍興教授交流過，達成了兩個意向，第一個我們LoongArch架構依托時教授那個平臺向全球開源，第二個我知道時教授還在江北EDA平臺（國產EDA工具），我希望明年能發布一個芯片，全部都是自主化，那個EDA工具跑在龍芯服務器上的，不僅要做出來，還要賣出去，所以非常感謝時教授的支持。

早上在跟江蘇省有關部門的幾位領導聊天的時候，領導說對于芯片這個深奧的領域，我們要把一些名詞及其背后的戰略意義理解的比較深入，是很不容易，目前大家對龍架構還不甚了解。

借此機會，我就給大家匯報一下，龍架構的軟件生態建設。

剛才江蘇省工業和信息化廳副廳長池宇同志講到了信創的很多計劃，信創發展過程中我們是親歷者也是推動者，主要矛盾變化經歷了三個階段。

2019年以前CPU性能是主要矛盾，那時候用的是3A1000、3B15000，通用處理性能只有市場主流產品的1/10，解決操作系統與硬件結合部的穩定性問題，達到基本可用，在2017年、2018推出了3A3000，性能是3A1000的4倍。

第二個階段是2019年到2021年，操作系統是主要矛盾，這時候CPU系統又提高了雙倍，有很強的服務能力，這個過程中還解決了操作系統硬件磨合的問題，為每臺整機專門配備了操作系統，這個問題在第二階段也解決了，現在信創的主要矛盾是應用生態，現在還會提高，這是永恒的主題，但應用產品大大拓展、Linux平臺本身的應用兼容性問題，過去是在操作系統和硬件的結合部，現在轉向了操作系統和應用的結合部。

二十大報告提出新時代的發展論是問題導向，剛才池宇同志提到的四個措施里面第一條也是堅持問題導向，我們看看信創產業面臨哪些問題？一個性能問題，一個供應鏈問題，一個軟件生態，我們信創做到了CPU和操作系統自主化，但還有比CPU和操作系統更底層的關鍵核心技術容易卡脖子，現在開始通過信創系統操作CPU和其他芯片，比如說ARM推出了新的架構，還沒有給中國任何一家企業進行架構授權，不授權的話，未來我們的手機就跑不了V9的APP。

自主IP是中間那一段，還有自主生產工藝，再往下一層把信創推下紅色的那些方塊，我們就到底了，這個只依賴人力資源和自然資源，不依賴別的東西，信息產業形成國內大循環有三個環節，一個是自主IP核，還有自主工藝的芯片生產，還有基于自主指令系統的軟件生態，蘋果由于自主研發CPU核，它的性能就是最高的。第二基于自主工藝的芯片生產，首先是慢一點，其次是沒有IP，我們就要自己做，保障供應鏈安全。第三基于自主指令系統的軟件生態，我們知道X86/ARM生態好，但有一個很大的短板，就是Linux桌面是不可用的，我們恰恰用Linux桌面做信創，我們要克服這個問題。

所以我們龍芯堅持自信自立，也是我們新時代的世界觀、方法論的一條，將信創的自主化延伸到自主IP、自主指令系統、自主工藝，我下面就從這幾個角度跟大家報告一下。

龍芯CPU的自主性最強，這個沒有異議，供應鏈最安全，我相信這個也沒有異議，第三條就是龍芯性能肯定不如引進的，大家知道3A5000相同工藝下龍芯單核性能是最強的，開始迅速增加核數了，單核、多核都要性能領先，而且要走向開放市場競爭。

軟件生態更不容易引進的，因為X86和ARM已經形成生態壁壘了，我們分開來看服務器主要基于紅帽Centos平臺，生態壁壘不大，我們龍芯要把自主研發的優勢轉化為性價比和軟件生態的優勢，X86和ARM也是通過自主研發，它們沒有引進別的方面。

首先性能問題剛才講了，增長最快的是85年到03年性能提高50%，15年之后擠牙膏，性能提高的很慢了，龍芯在2002年推出龍芯20，性能跟人家比差20倍，去年推出的3A5000已經在灰色的那個地方了，我是講單核的裸性能，就一個核比一個核，我們擴了第二代、第三代，這是我們的性能，桌面單核性能龍芯3A5000是最高的。

我們有一個升級計劃，過去二十年完成了單核性能不可，因為單核性能是最難做的，總體原則在完成單核性能補課的基礎上開始玩花活，增加核數提高性能、完善SOC提高性價比，優化功耗，在2到3年內形成開放市場性價比優勢。

桌面CPU已經產四核3A5000的基礎上大幅提高性價比，如果再提高40到60%，意味著什么呢？成本可以降低20%，另外我們要做到八核，其實桌面四核就夠，但很多地方就做了八核，我希望性能和3A5000相同的同時，主版也用的差不多，32核已經研制成功了，下面還要再提升一代，提高CPU核性能，這樣基準上已經到頭了，這里面的瓶頸是帶寬，兩三年內這些都會做完，我覺得3A6000的成功標志著我們的設計能力可以和蘋果他們競爭了。

下面跟大家匯報我認為性能的功課補了二十年已經補完了，肯定做到領先了，下面就往性價比上，不同層面的軟件生態，一個是API，應用程序基于API編寫，再翻譯成CPU能識別的ISA表達形式，如果在window上面寫APP，首先要問怎么寫出來APP，那個東西人用起來特別方便，所以有編程環境，但計算機不認識，所以要編譯成指令系統，中間就有一個橋，我們總結起來只要掌握六座橋，一個是三個虛擬機，包括GAVA、GS、.NET，一個三個編譯器，包括GCC、Golang、LLVM，六座橋都會了，可以把所有的源應用做到一個不缺，龍芯恰恰是國內唯一掌握這六個橋的單位，還有應用遷移適配主要應用于API差異引起的，指令系統需要授權的，正是因為會架六座橋可以把用戶寫的程度都編成龍芯，所以推出了龍架構，第一有先進性，第二有自主性，第三是兼容性。

什么是先進性呢？我們如果把一個源代碼變成龍架構，如果有一百萬條指令，X86需要105萬條，效率低，我們表達能力強，但是ARM比龍芯還高一點，95萬條就夠，這就是指令的效率，比如說聯合國的文本，如果找中文的就找最薄的那一本，因為表達效率高。就指令系統本身差一代工藝，因為指令比我多，我100萬條，你120萬條，現在一代工藝性能只能提升15%，所以我們和時教授明年開這個東西，先進性是沒問題的，它正在成為與X86/ARM并列的頂層開源生態系統。

在我們推這個之前國家有幾個推出的都沒有成功，一個是橋不全，我們有瀏覽器、有社區，第二層是操作系統，它的社區和基礎應用，第三是應用軟件，安卓的軟件來自于國際開源社區，你要得到國際開源社區的支持，我們已經得到了廣泛認可和支持，首先要有一個號，這是你的身份證，相當于七十多個開源社區接納了龍架構，而且LA分支的維護者均是龍芯公司員工，下面.NET和ACPI國際標準唯三支持龍架構，也得到了國內基礎軟件企業的認可，包括歐拉、龍蜥、統信、麒麟、微信、釘釘等都支持。

現在完成LoongArch基礎軟件體系建設，原生支持Linux全部主流開源基礎軟件和應用環境，在Linux平臺上，X86、ARM有的，龍芯也有，但Linux只在服務器上取得成功，服務器的用戶是開發者、桌面的用戶是使用者，Linux直接拿桌面用是不行的，要進行系統優化。

我們怎么做系統優化的？首先是信息化系統中的兼容性和應用遷移，window的瀏覽器和LoongArch的瀏覽器不兼容，現在很多信息系統都是基于IE瀏覽器做出來的，我們能不能把IE瀏覽器跑起來，還有服務器，有些地方喜歡使用.NET，所以要解決.NET應用遷移到Java平臺上，還要解決編程類應用的兼容問題。

龍芯一年前提出了三句口號，一個是夯實基礎，操作系統和硬件的兼容，第二是Linux平臺本身的兼容，還有廣泛的兼容，到最后要有自主應用，我們要自主應用框架，不能沒完沒了的遷，所以我畫了一個框架的圖。

首先統一系統架構，這個我就不展開講了，這個做完了，就像window一樣，它有三個本事，是安卓不具有的，就是主板整機兼容，十年前的windows現在還可以跑，還有所有的接口都可以認，兼容性已經做完了，最近做了一個比較大的事情就是打印機驅動，剛才江蘇省領導說打印機適配弄完了，我可以跟大家報告，到現在為止，現在97%、98%以上的打印機龍芯不用你遷，在X86和ARM上都沒有做到，凡是windows有的驅動我們都能干。

還有少量的2%、3%的問題，年底之前肯定解決，也就是說你在X86和ARM平臺上肯定很多打印機認不了，在龍芯的平臺上到明年開始我保證100%的打印機都能識別，如果少量識別不了的，我派技術人員幫你解決，整個體系建起來了，在Linux基礎上實現了windows的打印系統。

現在Linux本身的兼容性問題現在已經解決了，因為Linux開放性會引起應用兼容的問題，包括打包格式不兼容、API環境不兼容，還有內核升級引起的不兼容，所以Linux不管兼容，我們把這個問題解決了，用傳統的鏡像，我們做一個實驗，把統信的微信遷到麒麟上，一個方法就是微信用的所有包都變成一個鏡像，我最終弄起來，它的文件大小從114兆增加到一個G，我只弄了統信和麒麟差別的部分，我們弄了一整個平臺，這個應用在統信上寫的想在麒麟上跑沒問題，最關鍵的是操作系統升級如果依賴開源社區管不了升級以后的兼容問題，我們也能解決，就是不斷引進、不斷兼容。

還有二進制翻譯取得積極進展，我們現在有一百多個windows應用能在平臺上跑，我估計再有一年的功夫可以做到很流暢、很完備，我們事先做了一個IE兼容，關鍵是windows很多插件基本上可以支持，已經做了十幾個案例，所以生態做出來了。

最后要形成自主編程框架，為什么自主CPU和操作系統的整機產品需要無休止的遷移適配？因為這些系統是不在我平臺上寫的，現有的應用都是基于別人的編程框架編出來的，自主編程框架是自主操作的重要特征，目前國產操作系統都不是真正意義上的自主操作系統，只是開源操作系統的自主發行版，APP開發者使用的自主編程框架進行編程才能徹底解決無休止的適配問題，所以龍芯在明年爭取推出自主編程框架，都是在原來已有的拓展，不可能無中生有，也就是原來的還能跑，用我的還能跑的更好，我希望未來就像手機APP有蘋果版和安卓版，未來電腦的系統有龍芯版和windows版，這樣我們就有自己的生態了。

生態是做出來的，不是跟出來的，我自己覺得2022年龍芯桌面Linux生態已經局部超過X86和ARM，我說的是Linux桌面，剛才說瀏覽器能做IE兼容，打印機都能適配，還有三維地球也肯定做的最好，包括中小學編程軟件、視頻編輯器，我們又研發了一個，就是基礎應用要研發出來。

2023年希望總體超過X86核ARM，2024年希望全面超過，同時推出自主編程框架，2025年龍架構軟件生態體系全面建成，X86、ARM移動終端都能應用，自主編程框架具有不可替代性。

我自己覺得2022年起的2到3年是龍芯把自主研發的優勢轉化為性價比和軟件生態優勢的重要轉折點，我希望今天會后的一兩年內整個產業鏈形成這樣的共識，因為龍芯是自主研發而非引進技術，所以龍芯性能最高，因為龍芯是自主研發而非引進技術，所以龍芯成本最低，因為龍芯是自主研發而非引進技術，所以龍芯生態最好，因為龍芯是自主研發而非引進技術，所以龍芯供應穩定，我希望大家慢慢打破說龍芯是最基礎，但生態和性能差一點，要在實踐中兩三年就能做到，因為能力已經形成了，槍桿子已經練成。

謝謝大家！

2022年11月16日于江蘇南京

（來源：“紅色文化網”微信公眾號；圖片來自網絡，侵刪） 

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