Loongson

Loongson (ранее Godson) — универсальная микропроцессорная архитектура, разработанная Академией наук Китая, с целью создать альтернативу изделиям от Intel и AMD. Главный конструктор — профессор Вейву Ху (Weiwu Hu) из Института компьютерных технологий. Хотя первое название архитектуры Godson было изменено на Loongson, процессор, в отличие от архитектуры, по-прежнему часто называют Godson.

В 2002 году тремя организациями — Институтом компьютерных технологий, Академией наук Китая и группой Jiangsu Zhongy Group — была основана компания BLX IC Design Corporation (Пекин), которая занимается разработкой 32- и 64-разрядных версий процессора, в том числе и встраиваемой версией, а также программного обеспечения для него и демонстрационных моделей.

В стадии проектирования находятся еще две разработки — Longmeng и Sinomanic.

Название

Первоначально разработка называлась Godson, что по-английски означает «крёстный сын». Затем был предложен вариант Loongson, что можно перевести как «сын дракона».

Особенности архитектуры

Loongson I

Первое поколение, Loongson I, представляет собой 32-разрядный процессор, 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 г.

Loongson II

Второе поколение, Loongson II, является 64-разрядным. Изначально работал на частоте 500 МГц. Версия процессора 2Е рассчитана на увеличенную тактовую частоту 1 ГГц. Версия процессора Godson-2F работает на частоте 1,2 ГГц. Исследования ^[1] показали, что данный процессор является архитектурно совместимым с процессором MIPS R10000, но производитель не имел лицензии на реализацию архитектуры MIPS.

26 декабря 2007 года Китай объявил о намерении построить суперкомпьютер на основе своих процессоров. Команда создателей под руководством академика Чен Гуляна (陈国良), профессора Университета науки и техники Китая, планирует использовать 330 процессоров Godson-2F. Размеры суперкомпьютера приблизительно соответствуют размерам бытового холодильника, стоимость не должна превышать 800 000 юаней.

Loongson III

Поколение Loongson III разрабатывается с расчётом на работу на 1 ГГц и несколько (от 4 до 16) ядер. В 2011 году Китай объявил о выпуске процессора Godson 3b с пиковой производительностью 128 GFLOPS, потребляющего всего 40 Вт. Кроме того, они показали выдающуюся энергоэффективность: 3,2 GFLOPS/Вт при 2,2 GFLOPS/Вт у ведущего сопроцессора nVidia, C2050, и она равна у новейшего шестиядерного Xeon W3690/3,5 ГГц c векторным расширением AVX — 1,3 GFLOPS/Вт.

Спецификация процессоров

Имя	Модель	Частота [МГц]	Архитектура Версия	Год	Ядер	Процесс [нм]	Транзисторов [млн.]	Размер кристала [мм²]	Потребление [Вт]	Питание [В]	кэш L1 D [К]	кэш L1 I [К]	кэш L2 [К]	Производительность [SPEC2000]
Godson-1	1	200	MIPS 32-bit	2002	1	180	--	--	1	--	8	8	нет	19/25
Godson-2	2B	250	MIPS-III 64-bit	2003	1	180	--	--	--	--	32	32	нет	52/58
Godson-2	2C	450	MIPS-III 64-bit	2004	1	180	13.5	41.5	--	--	64	64	нет	159/114
Godson-2	STLS2E	1000	MIPS-III 64-bit	2006	1	90	47	36	7	1.2	64	64	512	503/503
Godson-2	STLS2F	1200	MIPS-III 64-bit	2007	1	90	51	43	5	1.2	64	64	512	--
Loongson 2G	2G	1000	MIPS64	2010	1	65	--	--	--	--	64	64	1024	--
Godson-3	STLS3?	1000	MIPS64	2009	4	65	400+	--	10	--	64	64	4096	--
Loongson 3A	STLS3?	1000	MIPS64	2010	4	65	--	--	15	--	64	64	4096	--
Godson-3b	STLS3?	1000	MIPS64	2011	8	65	600+	300	40	--	64	64	4096	--
Godson-3c	STLS3?	1500	MIPS64	2012?	16	28	600+	--	20	--	--	--	--	512 GFLOPS и при частоте до 1,5 ГГц
Godson-3h	STLS3?	1000	MIPS64	2012?	1-2	28	--	--	<5	--	--	--	--	--

История развития

Набор команд процессора совместим с хорошо известным MIPS, но этот факт широко не афишируется, дабы избежать юридического преследования со стороны правообладателя торговой марки.

В марте 2006 года на выставке Computex 2006 в Тайбэе было объявлено о работах по созданию на основе процессора Godson II прототипа полноценного компьютера Longmeng («Сон дракона»).

Компания Yellow Sheep River, также заявила о разработке устройства Municator YSR-639, компактного компьютера на базе 400 МГц Godson II.

Версия 2E

В сентябре 2006 года было объявлено о разработке версии Loongson IIE (Godson IIE), содержащей 47 млн транзисторов, также 64-битной, работающей на частоте 1 ГГц и поддерживающей набор команд MIPS III. С таким заявлением выступил Ли Гоцзе (李国杰), директор Института компьютерных технологий Академии наук КНР.

Согласно опубликованным разработчиками результатам тестирования, китайский процессор в состоянии соперничать с Pentium 3, лишь иногда превосходя его.^{[источник не указан 1186 дней]}

Сотрудничество с STMicroelectronics

В марте 2007 году был достигнут важный рубеж — компания STMicroelectronics приобрела лицензию MIPS на юридически корректный массовый выпуск микропроцессоров семейства Godson. Выпускаемая модель рассчитана на 1 ГГц и 90-нм технологический процесс. Это стало возможным благодаря STMicroelectronics; в самом Китае нет фабрик с такой технологией^{[источник не указан 1186 дней]}. Все предыдущие варианты выпуска основывались на 180-нм процессе и достигали скорости лишь в 500 МГц. На сайте компании приведены^[2] следующие характеристики процессора Loongson 2Е:

• суперскалярная архитектура
• 64-битная архитектура, four-issues out-of-order
• типичная частота 700 МГц
• 64 КБ кеш-память команд, 64 КБ кеш-память данных
• 512 КБ кеш-память 2-го уровня (L2)
• контроллер DDR-памяти на кристалле
• лучшее потребление энергии в своем классе 4 Вт при 700 МГц TDP
• архитектура MIPS
• технологический процесс 90 нм.

По заявлению компании STM^[3], опытные партии уже поставляются отдельным заказчикам, лицензия на постоянный выпуск получена на ближайшие 5 лет.

Несмотря на то, что процессор содержит 47 млн транзисторов (для сравнения, в Pentium 4 — 42 млн.), он потребляет всего 3-8 Вт. Об этом сообщил Ли Гоцзе (李国杰), директор Института компьютерных технологий Академии наук Китая. На конец 2006 г. было запланировано усовершенствование процессора до версии 2F, которая принесёт на 30 % большую производительность и 50 % экономию потребляемой энергии. Его промышленное производство должно начаться до 2008 г.

13 ноября 2006 г. Китайской академией наук было объявлено о готовности Godson 2E к массовому производству. Ли Гоцзе рассказал журналистам, что скачок в возможностях между вариантами 1 и 2В процессора был двукратным, а между 2В, 2С и 2Е трёхкратным. Он заявил, 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».

Заявлено, что компьютеры на основе 600-МГц Godson 2E продаются в Китае по цене 1 599 юаней (ок. 200 долл. США) без монитора, мыши и клавиатуры.

Операционные системы

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 evbmips/gdium, OpenBSD OpenBSD/loongson. Ведется работа по подготовке версии Slackware Linux, так же в рамках проекта Google Summer of Code ™ 2010 закончилась работа по портированию на FreeBSD Port FreeBSD to Yeeloong URL1 Port FreeBSD to Yeeloong URL2. С некоторым практическим использованием можно ознакомиться на блоге My CPU Is Loongson(Godson) и CinnamonPirate.

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.^[4]

Примечания

1. ↑ http://www.in-stat.com/press/05/MDR_7_25_05.asp
2. ↑ STMicroelectronics — Loongson
3. ↑ http://www.st.com/stonline/stappl/cms/press/news/year2007/t2154.htm
4. ↑ The Search Engine that Does at InfoWeb.net