你不曾见过的国产CPU：可能是最全的龙芯系列芯片家谱（下）
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欢迎回到下半场，更多龙芯系列处理器等着我们去认识。
2.6 龙芯2G/2G+/2GQ/2G-2000
龙芯2G是在“龙芯安全适用计算机CPU研制与应用”核高基重大专项课题支持下研发的，2008年开始投入设计，但由于龙芯当时2G项目和3A项目同时进行，存在重叠，影响了研发进度。2010年研制成功。龙芯2G采用65纳米工艺，主频1.0GHz，晶体管数目1亿，指令集兼容MIPS64，且增加了X86二进制翻译加速指令，以及龙芯媒体扩展指令，有64KB的指令和64KB数据的L1缓存，以及1MB的L2缓存，功耗3W。
在该处理器上，使用了X86二进制翻译技术，提出了在MIPS平台上实现X86动态二进制翻译的方法。
龙芯2G相当于龙芯3A1000的单核版本。
龙芯2GQ是龙芯2G的量产版,是一款四核处理器。龙芯2GQ与龙芯3A1000的区别在于龙芯2GQ不支持多路互联。
龙芯2GP后来更名为龙芯2I。
龙芯2G▲
搭载龙芯2GQ的笔记本电脑▲
2.7 龙芯2H
龙芯2H是龙芯2G处理器与龙芯1A(2F南桥)的后继产品，其目标是为安全适用计算机提供单片解决方案。龙芯2H采用65nm工艺实现，主频达1GHz以上。主要用于网络设备等。兼容MIPS64指令集，支持X86二进制翻译指令集。有64KB的指令L1 cache和64KB的数据L1 cache，512KB的L2 cache。集成了GS232V媒体处理IP。
龙芯2H最初设想的应用是上网本，但随着上网本市场的消失，并没有在该领域应用。龙芯2H主要用在工控领域，以及包括防火墙在内的网络安全领域。
龙芯2H于2012年流片，2013年提供样片，2014年提供产品。龙芯2H的流片标志着龙芯全面掌握了复杂SOC的设计能力。龙芯2H的特点是大而全，集成了很多的功能，芯片设计很复杂，但缺少对特定应用的优化。
龙芯2H既可以作为独立SOC，还可以作为HT接口的南桥芯片。
龙芯2H▲
龙芯2H版图▲
2.8 龙芯2I
根据龙芯内核资深维护者flygoat的分析，龙芯2I是龙芯2GP0800D的另外一个代号。关于龙芯2I的资料很少，下图为《中国正在说：芯芯之火可以燎原》节目中的截图，其中提到了龙芯2I。
龙芯2I▲
2.9 龙芯2J0800
龙芯2J是JP处理器，按JF需求定制，使用65纳米工艺流片，集成了一个四发射乱序执行GS464处理器核，主频800MHz。有64KB的L1指令缓存和64KB L1数据缓存，1MB的L2缓存，集成了2个GMAC控制器，64+8位DDR2/3内存控制器，32位PCI/PCIX控制器，LPC、SPI、UART等接口。龙芯2J是被用户单位总师评价为，“已知范围内性能最高，设计最复杂的JP CPU”。该处理器没有可公开的清晰照片。
龙芯2J0800▲
龙芯2J▲
2.10 龙芯2J1500
龙芯2J1500是龙芯2J的升级版，集成1个四发射乱序执行单核处理器核。和2J0800相比，处理器核从GS464升级到GS464E，工艺从65纳米提升到40纳米，性能有了很大的提升，虽然主频仍为800MHz，但计算能力提高1～2倍，功耗大大降低。2016年提供样片。
该处理器同样没有任何可以公开的清晰照片。
龙芯2J1500▲
2.11 龙芯2K1000
龙芯2K1000是一款双核处理器，采用了双发射64位的GS264微结构，40nm工艺生产，商业级芯片主频1GHz，工业级芯片主频800MHz。龙芯2K1000处理器是龙芯2H的升级芯片，其计算性能和IO带宽比龙芯2H都大幅提高。龙芯2K1000主要面向网络通信应用，兼顾平板及工业控制领域。
集成了64位DDR3控制器，2个GMAC控制器，2个X4 PCIE控制器，可以配置为6个X1模式。
集成共享的1MB二级cache；集成GPU，显示控制器，支持双路DVI显示。集成64位533MHz以上的DDR2/3控制器，1个SATA 2.0接口，4个USB 2.0接口，2个RGMII千兆网接口，集成HDA/AC97/I2S接口，集成RTC/HPET模块。集成最多4个UART控制器，1个NAND控制器，2个CAN控制器，1个SDIO控制器。
龙芯LS2K1000A▲
龙芯LS2K1000B▲
2.12 龙芯2K2000
龙芯2K2000是计划中龙芯2K1000的升级版，预计采用28纳米工艺生产，主频将达到2GHz。
3. 龙芯3号系列
龙芯3号处理器均为4发射64位多核处理器。目前，除了龙芯3B1500处理器为8核，其他的龙芯3号处理器均为4核。龙芯3C5000处理器会将处理器核数提高到16。
龙芯3号处理器的微结构分为GS464, GS464E，GS464V以及GS464EV。
3.1 龙芯3A1000
龙芯3A1000于2008年底交付流片,采用意法半导体的65nm工艺流片. 2009年5月20日龙芯3A1000晶圆生产下线，9月28日样片回来，成功启动操作系统，主频800MHz-1GHz
龙芯3A1000进行了第一次改版并于2010年5月中旬流片，10月底第一次改版流片成功。3A1000的第二次改版于2012年2月下旬流片，2012年8月中旬流片成功。
龙芯3A1000集成了4个四发射乱序执行的GS464核，9级流水线，有64KB一级数据cache和64KB一级指令cache，4MB共享二级cache，最高主频1GHz，功耗15w（支持动态降频），芯片面积174mm2，晶体管数目4.25亿。每个CPU核包含两个浮点乘加部件，双精度浮点性能峰值为16GFlops。在龙芯3A1000处理器中，实现了x86二进制翻译加速指令。
3A100集成了HT1.0*2，PCI控制器、LPC、SPI、UART、GPIO。集成72位DDR2/3控制器，引脚1121个，封装方式40mmx40mm FCBGA。
龙芯龙芯3A1000 01版本▲
龙芯龙芯3A1000 02版本▲
龙芯3A芯片版图▲
图片来源：中科院计算所2009年成果年报
3.2 龙芯3B1000
龙芯3B1000于2010年6月20日左右流片，2010年11月底回来第一批芯片
3B1000的第一次改版2011年2月初流片，7月初回来。龙芯3B1000进行了第二次改版，于2011年12月初流片，2012年4月底回来。
龙芯3B由核高基项目课题“高性能多核CPU研发与应用”支持，采用意法半导体65纳米工艺设计，主频1GHz，功耗25W，片内集成8个64位四发射乱序执行龙芯向量处理器核GS464V，4MB的二级cache，每个核包含两个256位向量部件，峰值浮点性能达到128GFLOPS。。
龙芯3B的最大特色是龙芯向量处理器核的设计，该处理器核将GS464核的的浮点部件和浮点寄存器堆替换为2个256位的向量处理部件和1个128x256位的向量寄存器堆，使龙芯3B在1GHz下的峰值双精度浮点计算能力达到128GFlops。在龙芯3B处理器中，实现了300多条专用的向量处理指令。
龙芯3B芯片面积300mm2,晶体管数目接近6亿。
龙芯3B1000▲
龙芯3B1000芯片布局和向量核结构框图▲
龙芯3B芯片布局▲
3.3 龙芯3B1500
龙芯3B1500在2012年1月中旬完成设计并交付流片。2012年8月底拿到样片。后来，工艺从32nm迁移到28nm，于2013年4月底流片，10月底收到样片，但流片并不成功，后来又恢复到32nm工艺流片，并以某种方式补偿此次流片费用，于是又再次改版，于2015年1月底流片，2015年6月下旬收到样片。
龙芯原本计划推出一款16核的龙芯3C处理器，后来由于战略调整，取消了原龙芯3C的研发，缩水成8核的龙芯3B1500。龙芯3B1500集成了8个四发射乱序执行的64位GS464V处理器核，9级流水线，每个处理器核有64KB的私有一级指令cache和64KB的私有一级数据cache，128KB私有二级cache，有8MB三级共享cache，采用中芯国际32纳米工艺生产，芯片面积180mm2,晶体管数11亿，主频1.5GHz，采用倒装焊球栅阵列(Flip-Chip BGA)封装，芯片引脚数1121,封装大小40mm×40mm。单芯片双精度浮点计算能力达到192GFlops。功耗30w（典型）/60w（向量）。
在接口上，有HT2.0*2，PCI、LPC、SPI、UART、GPIO，72位DDR2/3控制器。
龙芯3B1500▲
龙芯3B1500版图▲
3.4 龙芯3A2000/3B2000
龙芯3A2000于2014年11月初交付流片；2015年4月10日，拿到盲封样片。2015年8月18日,龙芯召开发布会,正式发布新产品。2015年9月和2016年3月分别进行了第一次改版设计和第二次的改版设计。
龙芯3A2000处理器集成了4个四发射乱序执行64位GS464E处理器核，也是首款采用GS464E微结构的处理器。采用中芯国际40纳米CMOS工艺生产，主频800～1000MHz，在1GHz下SPEC CPU2006分数为6.9分。封装方式FCBGA，1121引脚，封装大小40mm×40mm。
GS464E处理器核是GS464的改进版，集成了64KB一级指令cache，64KB一级数据cache，256KB二级cache和4MB三级cache。特别需要指出的是，GS464E处理器核的stream性能有了大幅提升，单核STREAM性能达到6.3GB/s,是龙芯3A1000的20倍。流水线从GS464的9级提高到了12级。峰值浮点性能16GFlops。
在接口上，龙芯3A200集成了两个HT3.0接口，PCI控制器、LPC、SPI、UART、GPIO，72位DDR2/3-1333×2控制器。
龙芯3A200A▲
龙芯3A2000B▲
GS464E微结构图▲
3.5 龙芯3A1500
龙芯3A1500是龙芯3A2000的陶封版本，是工业级和JP级芯片,采用中芯国际40纳米LL技术流片，主频为700～1000MHz，推荐工作主频800MHZ。由于该芯片是JP芯片，没与可以公开的图片。
3.6 龙芯3A3000/3B3000
龙芯3A3000于2016年2月中旬交付流片, 6月中旬拿到盲封芯片.2016年10月17日，龙芯3A3000可以进入批量生产状态.
2017年4月26日,龙芯公司召开发布会,正式发布龙芯3A3000处理器。
龙芯3A3000/3B3000主频1.2Hz–1.5GHz，为4核处理器，采用4个四发射乱序执行的64位超标量处理器核（GS464E)，支持MIPS64指令集，支持龙芯扩展指令集，采用12级超标量流水线;每核有2个定点单元、2个浮点单元和2个访存单元。每个处理器核包含64KB私有一级指令缓存和64KB私有一级数据缓存;每个处理器包含256KB私有二级缓存;所有处理器核共享8MB三级缓存。
和龙芯3A2000相比，除了流片工艺从中芯国际的40纳米提升到意法半导体的28纳米CMOS工艺，处理器的三级cache也从4MB提高到8MB。峰值浮点性能24GFlops。封装40mm*40mm BGA封装,1121个引脚，典型功耗<[email protected]。
集成的接口有HT3.0*2，PCI控制器、LPC、SPI、UART、GPIO，72位DDR2/3-1600*2，支持ECC。
龙芯3A3000的综合性能相当于Intel J1900处理器。
龙芯3A3000处理器▲
龙芯3B3000处理器▲
3.7 龙芯3A4000/3B4000
龙芯下一代高性能处理器,采用龙芯最新研发的GS464EV微结构。尽管龙芯3A4000仍然采用28nm工艺,但主频提高到2.0GHz,综合性能是上一代3A3000的两倍。目前已经流片成功,正在进行测试。据小道消息，龙芯3A4000进展顺利。
龙芯3A4000采用的GS464EV微结构▲
3.8 龙芯3A5000/3C5000
龙芯下一代高性能,预计2019年年底或2020年年初流片.采用3A4000的处理器微结构GS464EV,采用14/12nm工艺流片,主频提升到2.5GHz。3A5000依然是4核处理器，而3C5000将是一款16核处理器。
4. 龙芯桥片
4.1 龙芯7A1000
龙芯7A1000型桥片是龙芯3号处理器的第一款芯片组产品，目标是替代AMD RS780+SB710芯片组，为龙芯处理器提供南北桥功能。主要特点为：
16位HT 3.0接口，2D/3D GPU，显示控制器，支持双路DVO显示，16位DDR3显存控制器，3个X8 PCIE 2.0接口，每个X8接口都可以拆分为2个独立的X4接口。2个X4 PCIE 2.0接口，可以拆分为6个独立X1接口。3个SATA 2.0, 6个USB 2.0, 2个RGMII千兆网接口，HDA/AC97，RTC/HPET模块，1个全功能UART控制器，6个I2C控制器，1个LPC控制器，1个SPI控制器，多个GPIO引脚。
即将发布的龙芯3A4000将不再采用AMD的RS780芯片组，而采用龙芯7A作为桥片，避免在桥片的选择上受制于AMD。
龙芯7A1000桥片▲
5. 龙芯从未公布的隐藏处理器
除了龙芯1号、2号、3号三个系列的处理器，在龙芯的发展过程中还开发了一些实验型的处理器，并没有量产，有些甚至没有流片。我们找到了几个这样的处理器。
5.1 Godson-T
龙芯处理器在发展过程中，一度想要用做超算处理器，希望开发一款64核的众核处理器，命名为Godson-T。Godson-T由计算所先进微系统研究组研发，2008年已经在进行RTL验证在2008年12月开始RTL代码编写。2010年5月，GodSon-T的原型芯片16核GodSon-TI交付流片，采用130纳米工艺。2010年10月17日，调试成功。
由于龙芯将研发重点重新转向提高处理器单核性能，Godson-T处理器研发中止。
Godson-T处理器▲
5.2 Godson-X
龙芯所有量产的处理器，均采用的是MIPS指令集。但是，由于主流桌面处理器市场上使用的是x86指令集，基于知识产权和专利等原因，龙芯无法使用x86指令集。为了实现对现有生态的兼容，龙芯3A系列实现了针对x86指令和arm指令的二进制翻译指令。在研发过程中，龙芯开发了使用x86指令集的处理器原型Godson-X。。
这个项目从2005年7月开始。Godson-X处理器的设计初步目标是与x86指令兼容的FPGA原型处理器，并能在FPGA原型处理器中启动Windows XP。因此第一步，先进微系统研究组精心设计了微架构的Godson-X。Godson-X是一款基于Godson-2设计的4发射超标量X86处理器。它与x86兼容，并支持英特尔MMX指令，SSE指令集和x87浮点指令。第二步，通过Cycle级的模拟程序实现，模拟了处理器中每一拍运行的状态。在此之后，先进微系统研究组用模拟器尝试启动Windows XP。最后，先进微系统研究组的RTL调整和FPGA仿真完成时间为2006年7月。该处理器只有FPGA原型，从未流片。
5.3 龙梦一号
中科龙梦(现更名为航天龙梦)使用早期的龙芯1号的IP核，开发了龙梦一号SOC，用于税控机(Fiscal controller register)。该税控SoC专用芯片以“龙芯1”处理器核作为MCU，采用AHB(the Advanced High performance Bus)+APB(the Advanced Peripheral Bus)为片上总线。
集成的其余IP模块如表所示。
税控SoC体系结构▲
龙梦1号▲
5.4 GS32I-400 SOC
GS32I是根据龙芯2号设计的一款SOC芯片，主频400MHz，集成16K数据缓存和16K指令缓存，封装大小19mmx19mm，424针BGA封装。内部接口上，集成了PCI控制器，两个百兆网控制器，USB，AC97控制器，PCMCIA控制器，SDRAM控制器和EPROM控制器。
GS32i-400处理器▲
总结
综上所述，龙芯在其18年发展历程中，形成了一个相对完整的处理器家族，龙芯处理器可以应用于智能水表、智能门锁、航天应用、石油钻探、工业控制、网络安全、桌面办公等各种领域，为我国军工、航天、石油勘探等领域提供了重要的技术支持。期待下一代龙芯的高性能处理器龙芯3A4000早日发布，期待更高性能的3A5000和3C5000处理器早日流片。
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