眾所周知，在PC及服務(wù)器CPU市場(chǎng)，一直都是X86架構(gòu)的天下，市場(chǎng)也主要是被英特爾和AMD所占據(jù)。近年來(lái)，在國(guó)家的重視和支持之下，國(guó)產(chǎn)CPU也迎來(lái)了快速的發(fā)展。華為、飛騰、海光、兆芯、龍芯和申威則是目前國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的國(guó)產(chǎn)CPU廠商。
但是，不論是出于自主可控、商業(yè)化還是生態(tài)建設(shè)方面的考慮，華為、飛騰、海光、兆芯、龍芯和申威一開始都是選擇的是利用原有的各種成熟的CPU指令集架構(gòu)。
比如，華為、飛騰的CPU主要是基于Arm公司的ARMv8指令集架構(gòu)授權(quán)，海光則是以合資公司的形式從AMD獲得了X86指令集授權(quán)，兆芯也同樣是以合資公司的形式從威盛獲得了X86指令集授權(quán)，龍芯最初是基于MIPS指令，申威則是基于ALPHA指令集。選擇已有的開源的或者可開放授權(quán)的CPU指令集架構(gòu)，則意味著無(wú)需從頭做起，在可以滿足一定的國(guó)產(chǎn)自主可控要求的基礎(chǔ)上，可以利用已有的軟硬件生態(tài)，快速得以發(fā)展。
不過(guò)，近年來(lái)由于美國(guó)方面對(duì)于國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)的持續(xù)打壓，華為、飛騰、海光、申威等國(guó)產(chǎn)CPU廠商均被美國(guó)商務(wù)部列入了實(shí)體清單。此外，龍芯選擇的MIPS指令集也被其擁有者Wave Computing所拋棄（Wave Computing已轉(zhuǎn)投RISC-V陣營(yíng)）。雖然這些國(guó)產(chǎn)CPU廠商仍可以利用第三方的CPU指令集架構(gòu)進(jìn)行發(fā)展，但是仍引起了國(guó)內(nèi)不少業(yè)內(nèi)人士對(duì)于中國(guó)沒(méi)有完全自主的CPU指令集的擔(dān)憂。
4月15日，龍芯通過(guò)官方微信宣布，龍芯自主指令系統(tǒng)架構(gòu)（Loongson Architecture，以下簡(jiǎn)稱龍芯架構(gòu)或LoongArch）的基礎(chǔ)架構(gòu)已通過(guò)了國(guó)內(nèi)第三方知名知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估機(jī)構(gòu)的評(píng)估，并在2021年信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新論壇主論壇上正式對(duì)外發(fā)布。
據(jù)介紹，2020年，龍芯中科基于二十年的CPU研制和生態(tài)建設(shè)積累推出了龍芯架構(gòu)（LoongArch），包括基礎(chǔ)架構(gòu)部分和向量指令、虛擬化、二進(jìn)制翻譯等擴(kuò)展部分，近2000條指令。更為關(guān)鍵的是，全新的龍芯架構(gòu)已不再包含MIPS指令系統(tǒng)。
龍芯表示，LoongArch架構(gòu)具有完全自主、技術(shù)先進(jìn)、兼容生態(tài)三方面特點(diǎn)。
在具體的架構(gòu)設(shè)計(jì)上，LoongArch從整個(gè)架構(gòu)的頂層規(guī)劃，到各部分的功能定義，再到細(xì)節(jié)上每條指令的編碼、名稱、含義，在架構(gòu)上進(jìn)行自主重新設(shè)計(jì)，具有充分的自主性。
在性能方面，得益于摒棄了傳統(tǒng)指令系統(tǒng)中已不合時(shí)宜的陳舊內(nèi)容，以及對(duì)于指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，與原有兼容指令系統(tǒng)相比，LoongArch不僅在硬件方面更易于高性能低功耗設(shè)計(jì)，而且在軟件方面更易于編譯優(yōu)化和操作系統(tǒng)、虛擬機(jī)的開發(fā)。
在兼容性方面，LoongArch融合了各國(guó)際主流指令系統(tǒng)的主要功能特性，同時(shí)依托龍芯團(tuán)隊(duì)在二進(jìn)制翻譯方面十余年的技術(shù)積累創(chuàng)新，不僅能夠確保現(xiàn)有龍芯電腦上應(yīng)用二進(jìn)制的無(wú)損遷移，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多種國(guó)際主流指令系統(tǒng)的高效二進(jìn)制翻譯。也就是說(shuō)，LoongArch可以兼容多種國(guó)際主流的指令系統(tǒng)。
為了避免外界對(duì)于LoongArch與其他國(guó)際主流的指令系統(tǒng)是否存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂，龍芯從2020年二季度開始，已經(jīng)委托國(guó)內(nèi)第三方知名知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估機(jī)構(gòu)對(duì)龍芯基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行深入細(xì)致的知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估。雙方投入上百人月，將LoongArch與ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等國(guó)際上主要指令系統(tǒng)有關(guān)資料和幾萬(wàn)件專利進(jìn)行深入對(duì)比分析后得出結(jié)論：
1、LoongArch在指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)、指令格式、指令編碼、尋址模式等方面進(jìn)行了自主設(shè)計(jì)。
2、LoongArch指令系統(tǒng)手冊(cè)在章節(jié)結(jié)構(gòu)、指令說(shuō)明結(jié)構(gòu)和指令內(nèi)容表達(dá)方面與上述國(guó)際上主要指令系統(tǒng)存在明顯區(qū)別。
3、未發(fā)現(xiàn)LoongArch基礎(chǔ)架構(gòu)對(duì)上述國(guó)際主要指令系統(tǒng)中國(guó)專利的侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。
也就是說(shuō)，龍芯的LoongArch指令集在實(shí)現(xiàn)兼容多種國(guó)際主流的指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，擁有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，做到了完全的自主可控。
龍芯表示，Loongson Architecture對(duì)中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)而言是一個(gè)歷史性突破。
據(jù)龍芯透露，龍芯中科從2020年起新研的CPU均支持LoongArch架構(gòu)。目前，支持龍芯架構(gòu)的龍芯3A5000處理器芯片已經(jīng)流片成功，基于新架構(gòu)的完整操作系統(tǒng)已經(jīng)在3A5000計(jì)算機(jī)上穩(wěn)定運(yùn)行。從其它主流指令系統(tǒng)到LoongArch的二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)已經(jīng)可以在3A5000計(jì)算機(jī)上演示運(yùn)行基于其它主流指令系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)用程序。
另外，龍芯中科已經(jīng)在一定范圍內(nèi)發(fā)布LoongArch的基礎(chǔ)架構(gòu)指令系統(tǒng)手冊(cè)。待完成包括境外專利分析在內(nèi)的進(jìn)一步知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估后，龍芯中科將在更大范圍內(nèi)發(fā)布更完整的LoongArch指令系統(tǒng)手冊(cè)。龍芯中科還將聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈伙伴在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間建立開放指令系統(tǒng)聯(lián)盟，在聯(lián)盟成員內(nèi)免費(fèi)共享LoongArch及有關(guān)龍芯IP核。
龍芯表示：“指令系統(tǒng)是軟件生態(tài)的起點(diǎn)，只有從指令系統(tǒng)的根源上實(shí)現(xiàn)自主，才能打破軟件生態(tài)發(fā)展受制于人的鎖鏈。龍芯自主指令系統(tǒng)的推出，是龍芯中科長(zhǎng)期堅(jiān)持自主研發(fā)理念的重要成果體現(xiàn)，是在完成CPU性能補(bǔ)課、全面轉(zhuǎn)向生態(tài)建設(shè)歷史關(guān)頭的重大技術(shù)跨越，標(biāo)志著龍芯中科在自主信息技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)方面從跟隨性發(fā)展的必然王國(guó)走向了自主發(fā)展的自由王國(guó)。”