龍芯

龍芯（英語：Loongson，舊稱Godson^[1]）是由中國科學院計算技術研究所、龍芯中科、神州龍芯等機構、公司所設計的一系列各種晶片（包括通用中央處理器、SoC、微控制器、晶片組等），採用MIPS、LoongISA、LoongArch精簡指令集架構，由MIPS科技公司授權使用MIPS指令集^[2]。龍芯1號系列為嵌入式領域晶片。龍芯2號系列速度最高為1GHz，用於客戶端、工控等低中階領域。龍芯3號系列於2010年推出成品，用於桌面、伺服器、超算、工控、嵌入式終端等領域。

龍芯

產品化	2002年9月28日，​22年前​（2002-09-28）
推出公司	龍芯中科 航天龍夢 神州龍芯
生產商	意法半導體 中芯國際 台積電
微架構	GS132 GS232 GS264 GS464 GS464E GS464V
指令集架構	MIPS II MIPS III MIPS64 LoongISA LoongArch
製作工藝/製程	180 nm 至 12 nm
核心數量	1-8
CPU主頻範圍	8 MHz 至 2.0 GHz
HyperTransport速率	800 MHz 至 2.4 GHz
應用平台	桌面、伺服器、超級電腦、工控機、嵌入式、教育應用計算機、航天

晶片

龍芯從其架構核心構建了3個處理器系列^[3]。這些包括^[3]：

• 龍芯一號，用於消費電子和嵌入式應用。
• 龍芯二號，用於嵌入式應用和低效能個人電腦的單核處理器^{[note 1]}。
• 龍芯三號，用於高效能電腦、高效能計算和伺服器的多核處理器^{[note 2]}。

龍芯一號

主條目：龍芯一號

龍芯一號於2000年開始研製，2001年8月19日龍芯一號邏輯設計在FPGA平台上執行起來。這一天被定為龍芯的生日。2002年9月28日正式發布投產成功。龍芯一號整體的效能低於Intel奔騰II。^[4]為了紀念胡偉武的導師夏培肅從事電腦事業50周年，龍芯一號被命名為「夏50」。^[5]

考慮到專利授權原因，這一代的龍芯沒有實現MIPS的四個不對齊主記憶體訪問指令（US4814976A）。2007年後，龍芯正式購買了MIPS授權，才解決了這一問題。

龍芯1號系列

2010年4月，中國科學院與北京市共同組建的龍芯中科有限公司在中關村環保園建立了龍芯產業園。公司成立後，龍芯調查市場，重新建立了低階嵌入式產品線——龍芯1號。

2011年左右，龍芯中科研發了一款面向嵌入式市場的處理器龍芯1A。於2012年提供產品，可作為龍芯其他處理器的橋片。龍芯1B在嵌入式處理器研發上繼續做減法，於2011年流片成功，先於龍芯1A，這是龍芯中科第一次從全系統的角度來考慮降低成本的晶片。

此後龍芯中科於2013年針對指紋生物辨識應用推出了龍芯1C，2018年針對超人智慧型鎖研發了1C101晶片。2014年龍芯與三川智慧型合作，為智慧型水錶、氣表、量熱表客製化的一款超音波計量專用晶片龍芯1D。

龍芯1G是用於蘇州上聲音響的一款音響專用晶片。2015年新研的龍芯1H晶片針對石油鑽探領域隨鑽測井應用設計，設計目標是175攝氏度超高溫工作條件下的長時間可靠執行。於2017年4月發布。目前，龍芯1H已經在長慶油田得到了應用。

除此之外，1號系列中還有1E、1F系列的龍芯航天專用抗輻照處理器、1J抗輻照單晶片晶片。^[6]。

龍芯2號系列

主條目：龍芯2號系列

龍芯2號系列最初的版本是用0.13微米製程技術，均為64位元處理器，早期的型號是4發射亂序執行的64位元GS464系列微架構，後來新出的處理器升級為採用GS464E微架構。龍芯2K1000處理器是整合雙發射亂序執行的GS264微架構的64位元雙核處理器。

龍芯3號系列

主條目：龍芯3號系列

龍芯3號處理器開始進行了多核處理器架構設計^[7]，均為64位元多核處理器。

龍芯橋片系列

龍芯7A1000

龍芯7A1000橋片是龍芯3號處理器的第一款晶片組產品，目標是替代AMD RS780(E)+SB710 晶片組，為龍芯處理器提供南北橋功能。

龍芯7A1000橋片正面照，整合在搭載3A3000的主機板上

龍芯3A4000將不再採用AMD的RS780晶片組，而採用龍芯7A1000作為橋片，避免在橋片的選擇上受制於AMD。

龍芯7A2000

作為龍芯下一代晶片的配套橋片，龍芯7A2000是龍芯7A1000的升級版。相對於7A1000，7A2000的PCIe控制器代碼龍芯計劃自己編寫，且為PCIe Gen3。採用的28nm工藝，GPU為自研GPU。

從未公布的隱藏處理器

除了龍芯1號、2號、3號三個系列的處理器，在龍芯的發展過程中還開發了一些實驗型的處理器，並沒有量產，有些甚至沒有流片。

龍芯處理器在發展過程中，一度想要用做超算處理器，開發一款64核的眾核處理器，命名為Godson-T。Godson-T由計算所先進微系統研究組研發，2008年已經在進行RTL驗證在2008年12月開始RTL代碼編寫。2010年5月，GodSon-T的原型晶片16核GodSon-TI交付流片，採用130奈米工藝。2010年10月17日，除錯成功。由於龍芯將研發重點重新轉向提高處理器單核效能，Godson-T處理器研發中止。^[8]

為了實現對現有生態的相容，龍芯3A系列實現了針對x86指令和arm指令的二進制翻譯指令。在研發過程中，由於智慧財產權和專利等原因而無法使用x86指令集，龍芯開發了使用x86指令集的處理器原型Godson-X。它與x86相容，並支援英特爾MMX 指令，SSE指令集和x87浮點指令。^[8]

中科龍夢（現更名為航天龍夢）使用早期的龍芯1號的IP核，開發了龍夢一號SOC，用於稅控機（Fiscalcontroller register）。^[8]該稅控 SoC 專用晶片以「龍芯1」處理器核作為MCU，採用AHB（the Advanced High performance Bus）＋APB（the Advanced Peripheral Bus）為片上匯流排。 ^{[9] [10]}

此外，還有神州龍芯根據龍芯2號設計的一款SOC晶片GS32I。^[8]

核心

龍芯有三大系列處理器核心，其中一些可用作IP核心^[11]：

• GS1xx:基本的嵌入式MIPS32核心和硬體分割器。3- (GS132)或者5- (GS132E)級管線。
• GS2xx:高端嵌入式MIPS32（GS232/GS232E）或MIPS64（GS264）核心。
  • GS232:具有最大500 MHz的5級管線。L1＝16KB。GS 232主要用於龍芯一號產品。
  • GS232E/GS264:具有最大1000 MHz的10級管線。L1=16 KB，L2=4 MB共享。這個核心有故障問題。
• GS464:具有四路超純量支援的MIPS64核心^[12]。該設計源自龍芯2F處理器^[13]。它首先廣泛用於龍芯3A處理器，然後也用於龍芯2系列^[12]。
  • GS464:支援MIPS64 R2+LongMMI（2E和2F兩種不同版本）
  • GS464V:2010年首次與龍芯3B一起推出，是一款具有向量功能的GS464。
  • GS464E:這個是GS464的改進版本^[14]。在發現GS464處理器存在缺陷後，開發工作於2012年開始^[13]。核心有多項改進，包括更大的快取和更好的分支預測等，並且得到了更好的最佳化^[13]。核心被擴充為支援LoongISA（除了MIPS64 R2架構之外）^[14]。
  • GS464EV:是GS464系列的發展，首次在3A4000處理器被使用。
  • LA464:是GS464的開發，以支援LoongArch。雖然3A5000的初始核心是GS464，但由於指令集不相容，龍在2021的文件中將3A5000核心重新命名為LA464。

所有龍芯核心都是位元組順序。

有網站論壇注意到，龍芯微架構的命名不一致，不同的產品都有相同的處理器核心，儘管指令集可能不完全相容。