И снова китайские процессоры: возможности и перспективы 12-нм чипа Loongson 3A6000 на собственной архитектуре +43



Немногим более года назад стало известно, что китайцы, а точнее, китайская компания Loongson Technology практически с нуля разработала архитектуру, получившую название Loongson Architecture или LoongArch. Разработчики Loongson заявили, что система команд новой архитектуры включает около 2000 уникальных инструкций. Благодаря тому, что все технологии разрабатывались практически с нуля, компании удалось добиться повышенной энергоэффективности процессора.

Летом 2022 года появилась новость о выходе китайского процессора Godson 3C5000, который появился несколько дней назад. Базируется он на китайской же архитектуре LoongArch. Предназначен чип для общих вычислений, крупных центров обработки данных и центров облачных вычислений. Тогда же стало известно и о процессоре 3C6000 с 16 ядрами, вполне себе современном, и пригодном для использования во многих отраслях. Ну а сейчас китайцы разработали еще один чип, для которого уже известны результаты тестов.

Старое, новое, мощное


В июне компания сообщила о процессоре 3C6000 с 16 ядрами. Он базируется на все той же архитектуре — LoongArch. У него до 64 МБ кэша. Чуть позже обещали выпустить и 32-ядерный 3D6000, который включает два кристалла 3C6000 на одной подложке. И тот и другой чип совместимы с MIPS ISA, что нужно для совместимости с софтом, разработанным для чипов предыдущего поколения.

Сейчас же компания разработала и уже протестировала процессор 3A6000, по производительности вполне сопоставимый с чипами компании AMD линейки Ryzen 5000.


Для Китая это реальное достижение, поскольку чипы от AMD, о которых идет речь выше — вполне современные. Они используются сейчас во многих электронных системах, во многом, благодаря отличной производительности и относительно небольшой цене.

Что касается стоимости китайских чипов, о ней производители пока не говорят. Но вряд ли она будет намного больше, чем у AMD — просто потому, что в этом случае покупать устройства на базе таких чипов смогут или захотят немногие. Ryzen 5000 появились в продаже пару лет назад, получается, что китайцы не слишком сильно отстают от международных аналогов. 3-4 года, не больше. При этом Поднебесная смогла очень быстро развернуть у себя отрасль разработки и производства полупроводниковых компонентов.

Что за архитектура у нового чипа?


Компании Loongson около 20 лет, по сути, она представляет собой ребрендинг BLX IC Design Corporation, основанной в 2002 г. Доли в компании и часть технологий принадлежат Институту компьютерных технологий Китая, академии наук Поднебесной и группе компаний Jiangsu Zhongy Group.

Первый процессор компания представила в 2008 году, над технологией работали несколько сотен инженеров из Института компьютерных технологий. Финансирование предоставляет правительство Китая.


Курс на независимость был взят после того, как MIPS Technologies перешла на RISC-V. Loongson разработала собственный формат инструкций, их кодирование, режимы адресации и т.п. LoongArch, архитектура компании, содержит около 2000 проприетарных инструкций. По словам разработчиков, они удалили устаревшие инструкции для обеспечения пониженного энергопотребления и более эффективной работы. В дополнение к базовому набору инструкций компания добавила инструкции расширения двоичного преобразования (LBT), инструкции векторной обработки (LSX), инструкции расширения расширенной векторной обработки (LASX) и инструкции расширения виртуализации (LVZ).



Результаты тестов


По словам представителей компании, процессор 3A6000 показывает в тесте SPEC CPU 2006 на 68% более высокий результат по сравнению со своим предшественником 3A5000 (тот был представлен весной 2021 года). Тест проверяет производительность в одноядерном режиме в операциях с плавающей запятой.

К сожалению, на данный момент это все данные, представленные китайцами. Разработчики обещали в ближайшее время представить и результаты других тестов, но пока есть лишь тест, указанный выше. Но, в целом, уже хорошо, что есть какие-то результаты, можно составить предварительное впечатление о новой разработке.

А кто будет производить?


Вот это — самый интересный вопрос. Дело в том, что сама компания не в состоянии производить чипы своей разработки. У нее нет для этого соответствующих мощностей и оборудования. Поэтому приходится договариваться со сторонними партнерами.

Ранее компания пользовалась услугами TSMC, но сейчас сотрудничать с Тайванем вряд ли получится. США запретила производство чипов для Китая, в отношении тех компании, кто использует американские технологии. На данный момент новые чипы собирается производить компания STMicroelectronics, которая и раньше выполняла заказы Loongson.

Кто будет выпускать и поставлять на рынок новые чипы — пока неясно. Конечно, китайцы пытаются наладить собственное производство, но пока что оно под большим вопросом, да и если Поднебесная и справится, то неясно, когда именно. Сейчас много внешних негативных факторов, включая дополнительные санкции США.

Но раз китайцы разрабатывают новые чипы, вероятно, у них есть партнеры, которые способны производить новые процессоры. Возможно, компания рассчитывает на внешних партнеров. Может быть, и на внутренних. Не так давно Huawei, например, начала строить собственный завод по производству современных чипов. Для начала — процессора, который получил название Kirin 9006C, он выполнен по 5-нм техпроцессу. Это восьмиядерный чип с частотой работы ядра 3,13 ГГц. Фабрику Huawei строит совместно с SMIC, еще одной достаточно известной компанией из КНР. Так что вполне может быть, что Loongson решит проблемы с производством процессоров, тем либо иным образом.




Комментарии (35):

  1. ivanstor
    /#24953958 / +13

    >> "четыре четырехбитных канала памяти DDR4-3200" ??? Там ещё много такого :-)
    Похоже, входит в добрую традицию не только гнать гуглопереводы под видом статей, но и не читать их перед публикацией.

  2. YuriPanchul
    /#24954086 / +17

    Мдааа, а я вот слышал в 2009 году из первых уст, как продажники в MIPS Technologies уламывали Loongson купить официальную архитектурную лицензию (о разнице архитектурной лицензии и лицензии на ядра у меня есть хабрапост https://habr.com/ru/post/664740/ ). Это была эпопея, потому что Loongson в то время архитектурно был MIPS64 с небольшими модификациями (кстати у меня в гараже лежат три компьютера с Loongson-ом, одним из которых я пользовался полтора года как главным домашним компьютером). Но микроархитектурно (то есть по устройству конвейера и коду на Verilog-е) это была их собственная разработка.

    Так вот. Сначала люди в Loonson-е говорили, что они ничего не знают и вообще, но потом они решили высунуться из КНР и произвести чип на фабе ST Microelectronics по-моему в Малайзии, и ST сказали им: а давайте ка вы утрясете ваши разногласия с MIPS, а то внутри Китая вас никто не засудит, а вот вне Китая они будут судить ваших партнеров.

    Поэтому Loonson (ICT) и китайское правительство подумали и купили архитектурные лицензии. Но эта была только одна серия из длинного сериала.

    • Armmaster
      /#24954182 / +2

      Интересно, насколько их нынешняя "уникальная архитектура, не имеющая ничего общего с Arm, MIPS, x86, Risc-v" далеко ушла от своих MIPS корней? Сдаётся мне, лукавят тут китайцы, тем более что возникает вопрос с обратной совместимостью . Вряд ли их нынешние клиенты будут в восторге от того, что им надо будет весь софт переносить заново. Ну если эти клиенты есть, конечно )

      • flashmozzg
        /#24954942 / +2

        Их поддержка вроде в LLVM есть. Если интересно, можно код почитать.

    • byman
      /#24954232 / +1

      Почитал Ваш хабропост и возник вопрос. У вас написано: " Продавец архитектурной лицензии заботится, что процессор покупателя будет действительно соответствовать архитектуре (системе команд)". Получается, что покупка лицензии была чистой формальностью(только деньги) ? Ведь Loonson формально и реально уже непонятно какой MIPS.

      • Armmaster
        /#24955102 / +1

        Там же вторая часть и есть ответ на данный вопрос: "Сначала люди в Loonson-е говорили, что они ничего не знают и вообще, но потом они решили высунуться из КНР и произвести чип на фабе ST Microelectronics по-моему в Малайзии, и ST сказали им: а давайте ка вы утрясете ваши разногласия с MIPS, а то внутри Китая вас никто не засудит, а вот вне Китая они будут судить ваших партнеров "

      • YuriPanchul
        /#24955564 / +5

        Это была почти формальность, но не 100% в то время (в районе 2010 года). Во-первых тогдашний Loongson был очень близок к MIPS (кучу всяких дополнительных инструкций они наплодили потом). MIPS еще передавал им набор тестов для проверки архитектурной совместимости, но я не уверен в какой степени китайцы из Loonson эти тесты использовали.

        Кроме это, лицензирование было выгодно с маркетинговой стороны и для Loongson, и для MIPS. Для Loonson это улучшало их легитимность для определенных рынков (гарантия совместимости всякого линуксного софтвера), а для MIPS, помимо денег, это был еще и сигнал другим нарушителям архитектурых лицензий (китайскому Ingenic, российскому НПЦ ЭЛВИС и российскому НИИСИ (Комдив-64)), что если те захотят поговорить с MIPS, то их не съедят и с воплями в суды не потащат, а будут о чем-то договариваться.

        • byman
          /#24956428

          Понятно. Да, я помню как долго Элвис рисовал на своих картинках просто RISC, без упоминания чей RISC:)

    • byman
      /#24954256 / +3

      Еще один вопрос по поводу отслеживания нарушений лицензии. Если кто-то, например, самостоятельно разработал процессор с ARM ISA и сделал на основе своего решения законченное изделие, в котором никак не рекламируется ARM (пишется просто RISC :) ) и не требуется никакого перепрограммирования встроенного процессора, то как отслеживается такое нарушение?

      • vconst
        /#24954436 / -2

        то как отслеживается такое нарушение?
        Тяжело ли инженерам на TSMC понять «что там используется ARM», если в заказе от разработчиков написано «разместите столько то ядер ARM на...»?

        • select26
          /#24954608 / +3

          Такие заказы TSMC не обрабатывает. Почитаете их технические требования. Там все Verilog based. Даже IP не принимают - Заказчик сам их компилирует.

      • select26
        /#24954628

        "разработал процессор с ARM ISA" - значит использовал архитектуру и семейство команд ARM. ISA - это и есть набор команд, регистров и принципы их взаимодействия. Это сразу видно в datasheet на процессор. Без этого документа использование процессора невозможно.
        Думаю, каждый патентодержатель ISA имеет в своем штате юротдел, который и занимается анализом всех новинок и дает по ним свое заключение.

        • DmitriyN
          /#24954794

          Вообще говоря, не обязательно. Это может быть какое-нибудь вспомогательное ядро, использующееся в каком-нибудь акселераторе и исполняющее зашифрованый бинарный блоб. В таком случае вряд ли такое нарушение будет зафиксировано.

          • select26
            /#24954820

            Это другой тип лицензии - Юрий выше об этом писал.

            • DmitriyN
              /#24954822

              Почему другой? ISA чужая, микроархитектура своя.

              • select26
                /#24954864

                Потому что вы не продаете СPU на базе этой ISA, а используете её для своих внутренних нужд.

                • DmitriyN
                  /#24954900

                  Ну то есть если я проектирую свою снк и использую ее только сам в рамках некоторого продукта, который я продаю, но при этом его экосистема полностью закрыта (скажем, весь пользовательский код исполняется в какой-нибудь виртуальной машине), то мне можно архитектуру не лицензировать?

                  • select26
                    /#24955608 / +1

                    Если вы незаконно используете чужую интеллектуальную собственность - вы нарушаете закон. Если вы используете ее вышеописанным образом, доказать это будет очень сложно, но не сделает это законным.

                    • DmitriyN
                      /#24955682

                      Именно об этом я и говорил. Мое "необязательно" относилось к фразе "Это сразу видно в datasheet на процессор. Без этого документа использование процессора невозможно.".

        • flashmozzg
          /#24954954 / +1

          ISA не патентуется. Это как с API. Могут патентоваться какие-то конкретные способы реализации, но это уже другой вопрос. Тот же х86 полухардаврно в эльбрус емнип эмулировался.

          • Armmaster
            /#24955098 / +1

            1. isa по факту патентуется

            2. Поддержка x86 в Эльбрусе делалась как раз таким образом, чтобы избежать патентныех проблем. Т.е. там используются некоторые команды, которые ведут себя "очень схожим с x86 образом", но по кодировкам никак не связаны с x86

            • select26
              /#24955586

              Можно добавить про знаменитую тяжбу между AMD и Intel, покупку x86 лицензии Cyrex и AMD, продажу ISA ARM ( они не только IP продают, Apple тому пример) и подобные широко известные случаи.

          • YuriPanchul
            /#24955310 / +3

            Вы ошибаетесь (точнее путаете теоретические намерения и реальную практику). ISA не просто патентуется, а был известный случай MIPS vs Lexra, описанный в https://www.probell.com/lexra/ Речь шла о патенте на инструкции невыровненного доступа к памяти - Load Word Left / Load Word Right / Store Word Left / Store Word Right - LWL/LWR/SWL/SWR

            • flashmozzg
              /#24955590 / +1

              Ваша ссылка подтверждает сказанное мною.

              Though you can not patent an instruction set, you can patent techniques that are necessary to implement a particular unusual instruction that is part of the instruction set.

              Ну и то, что правовые суды - это способ богатых/монополий нагибать всех остальных, без относительно законности сего действа, не для кого не секрет, надеюсь. Да даже особо богатым быть не надо, см. пат. троллей.

              • YuriPanchul
                /#24955642 / +1

                Да, я с вами совершенно согласен, как и с автором текста, что то, что произошло в том суде - так быть не должно. Но это реально происходит, иначе не было бы оснований для рынка архитектурных лицензий (права на создание архитектурно-совместимого процессора со своей собственной микроархитектурой (структурой конвейера)).

                Прежде всего, никакого особого ноу-хау для реализации невыровненных load и store нет - как это делать очевидно любому студенту который вмательно читал учебник Харрис & Харрис или там комбинацию Паттерсона-Хеннесси с учебником по верилогу.

                То есть оснований нет - а суд был. Более того, когда Lexra реализацию этих инструкций из процессора убрали, их продолжили судить - уже за то, что они эмулировали эти инструкции в софтвере: когда процессор натыкается на illegal инструкцию, он идет на обработчик exception, смотрит на эту инструкцию и выполняет вместо нее выровненную инструкцию с сдвигом и слиянием по маске.

                У MIPS было просто значительно больше денег на суды и они затягивали дело, просто дожидаясь, когда у Lexra закончатся деньги, что и произошло.

                Совершенно аналогично ARM при попытках в университетах создавать ARM-совместимые процессоры, высылал им письма от юристов с требованиями немедленно прекратить. Собственно RISC-V (архитектура с бесплатной архитектурной лицензией но платными микроархитектурными реализациями) возник именно как реакция академического и индустриального сообщества на эти акции MIPS и ARM.

                Важный момент: патент такого рода истекает через 17 лет, то есть сейчас использовать инструкции LWR, LWL, SWR, SWL из-за чего был весь сыр-бор - совершенно легально, если не нарушать при этом трейдмарку.

            • regint
              /#24956820

              А чем кординально отличается ISA от API?

              На вскидку не нашел, чем закончилось дело Amazon о правах на API?

              Понятно что это координально разные вещи, но тут вопрос о совместимости, так же как и с API, реализация исполняющего модуля своя, а команда обращения к модулю одна и та же.

              Совсем не понимаю в этом, но такие мысли родились, если объясните, хотя бы ультра кратко, буду очень благодарен.

              • YuriPanchul
                /#24958498 / +1

                С моей точки зрения как инженера, работающего и с ISA, и с микроархитектурной реализацией - ничем не отличается. ISA - это API к микроархитектуре и точка.

                Но у юристов есть некая своя неинженерная реальность, в которой они обменимаются друг с другом фразами, которые инженеру кажутся немножко бредом, но которыми они сражаются. Например запатентовать софтвер теоретически нельзя, но можно запатентовать "аппарат, который состоит из компьютера, используемого с софтвером, который делает то-то".

                Понять их логику можно только будучи юристом. Я провел несколько месяцев с патентным адвокатом, на которого мои инвесторы потратили более 20 тысяч долларов и я понял, что это просто некая игра с определенными правилами защиты территории: поставить широкий патентный claim (утверждение) чтобы покрыть большую территорию и обставить его мелкими claims, как минами, чтобы юристы противоположной стороны в нем завязли и чтобы им было труднее бороться с широким claim-ом который они без мелких могут просто объявить невалидным (типа это и коню понятно. Ну не коню а "недавнему выпускнику вуза знакомому с state of art то бишь состоянием текущей технической области).

      • Armmaster
        /#24955110 / +3

        На фабрике есть определённый контроль IP. Если вы сами разработали ARM-ядро и всё остальное IP, которое вы использовали, не имеет лицензионных проблем, то по идее фабрика без проблем ваш чип произведёт.

        Дальше вопрос в том, когда выяснится, что вы нарушили лицензию. Если ваш чип уйдёт к пользователям и оттуда просочится инфа, что вы использовали нелицензионно ARM isa, к вам придёт юр отдел ARM Ltd., Inc, а ещё он нужным лицам (включая фабы ) разошлёт соответствующее уведомление. После этого вы в рамках юридического поля, до которого дотянется ARM, функционировать как компания не сможете. Как-то так.

        • byman
          /#24956472

          Да, ситуация может быть серьезная. И все из-за того, что пользовался чужой ISA. Однажды один человек спросил меня, а нельзя ли , чтобы не было нарушений, переставить биты задом наперед . Как Вы думаете - были бы нарушения ISA?

      • YuriPanchul
        /#24955592 / +2

        Если на чипе конечного изделия можно запускать программки на ассемблере (или на Си с вставками __asm ) , то это не просто, а очень просто. Если чип читает что-то из внешней памяти, просто подсоединить его ножки к памяти с проверочной программкой, которая в эту же память и пишет, перещелкнуть сброс и смотреть как оно извлекает инструкции и что по этому поводу пишет в память. Конечно там много возни (reset sequence, эффекты кэша), но ничего экстраординарного. Если производитель будет все шифровать - тогда сложнее - нужен доступ к внутренним сигналам чипа перед декодированием, там я не уверен что делать.

        • byman
          /#24956404

          Спасибо. Понятно. Случай, который я имел ввиду , не требует никакого знания от пользователя какой контроллер внутри(например, MP3 проигрыватель). Меняй музыку и пользуйся. Думаю, что если бы это был самый популярный в мире плэйер с баснословными доходами, то разобрали бы на атомы и узнали :)

  3. pfr46
    /#24954528

    Только вчера ролик вышел.

    • Civil
      /#24958512

      В ролике только, так сказать, практически винтажный Loongson 2F - это еще тот что был MIPS, одноядерный и очень слабый и старый (ему более 10 лет).

      На aliexpress'е несложно и не так дорого прикупить mini-ITX плату на 3A5000 (правда я за магазин не ручаюсь, сам рискнул, но оформил заказ буквально недавно и мне его даже не отправили пока что). Говорят на taobao есть и ноутбуки на нем же и судя по видео - вдвое дороже чем плата выше.

  4. oleg5d75
    /#24955222 / +1

    Mips там внутри, это давно не секрет