“龍芯三號”（英文名：LS3）是中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所自主研發(fā)的龍芯系列CPU芯片的第三代產(chǎn)品，包括單核、4核與16核三款，用于桌面計算機(jī)、高性能服務(wù)器等設(shè)備和IP核授權(quán)，也是國家在第十一個五年計劃期間重點支持的科研項目。
2001年3月，中科院計算所龍芯研發(fā)項目正式啟動。????在龍芯1號、2號成功后，2005年，時任龍芯技術(shù)負(fù)責(zé)人胡偉武帶著部分龍芯課題組的骨干在香山別墅基本明確了龍芯3號系列CPU的可伸縮互連結(jié)構(gòu)以及基于目錄的緩存一致性協(xié)議。龍芯3A1000于2008年底交付流片。2009年5月20日龍芯3A1000晶圓樣片生產(chǎn)下線，在驗證中發(fā)現(xiàn)問題，后阿來進(jìn)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，然后開始了小批量生產(chǎn)。龍芯3A1000在2012年進(jìn)行了第二次改版。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。
龍芯3B的研發(fā)工作在2008年底龍芯3A交付流片后開始全面展開。首款龍芯3B1000繼續(xù)基于65nm工藝，目標(biāo)主頻800MHz-1GHz，八核結(jié)構(gòu)，每個核包含兩個256位向量部件，峰值浮點性能達(dá)到128GFLOPS。龍芯3B1000于2010年6月20日左右流片，2010年11月底回來第一批芯片。龍芯3B1000首款流片不成功促使工程師馬上進(jìn)行改版，龍芯3B1000的第一次改版2011年2月初流片，7月初回來，調(diào)試比較順利。但在壓力測試時又出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，經(jīng)過幾個月的攻關(guān)發(fā)現(xiàn)又是死鎖問題。為此龍芯3B1000進(jìn)行了第二次改版，于2011年12月初流片，2012年4月底回來。從此達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
龍芯團(tuán)隊先后研制了龍芯3A1000、3B1000、3B1500、3A2000/3B2000、3A3000/3B3000五款龍芯3號系列芯片，大的流片版本12個，小的流片版本6個。
2022年12月，32核的龍芯3D5000產(chǎn)品已經(jīng)完成研發(fā)，2023年4月8日上午，新款高性能服務(wù)器處理器——龍芯3D5000發(fā)布。2024年7月龍芯 3C6000 已經(jīng)完成流片。
2023年1月6日，龍芯3C5000獲得“2022最佳自主架構(gòu)服務(wù)器芯片獎”。
歷史沿革
背景
CPU(中央處理器)芯片，計算機(jī)系統(tǒng)最核心的部件，相當(dāng)于人的大腦，負(fù)責(zé)計算機(jī)系統(tǒng)幾乎所有的計算工作。全世界CPU芯片的生產(chǎn)被英特爾等少數(shù)幾家跨國公司壟斷，無“芯”之痛，長期困擾著中國計算機(jī)產(chǎn)業(yè)。2001年3月，中科院中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所龍芯研發(fā)項目正式啟動。????
2002年6月，龍芯1號CPU研制成功。同年12月，“龍芯產(chǎn)業(yè)化聯(lián)盟”成立。????
2003年10月，龍芯2號流片成功。????
2004年9月，多次改進(jìn)后的龍芯2C流片成功，性能相當(dāng)于高端奔騰II芯片。????
2005年5月，龍芯課題組派出骨干成員赴江蘇省參與組建龍芯產(chǎn)業(yè)化基地。???
2006年3月，龍芯2E增強(qiáng)型處理器流片成功，性能與中端奔騰IV芯片相當(dāng)。?
2006年10月，中法兩國簽署中科院與意法半導(dǎo)體公司合作研發(fā)龍芯多核處理器的框架協(xié)議，中國國家主席胡錦濤與時任法國總統(tǒng)雅克·希拉克出席協(xié)議簽字儀式。
籌備
2005年深秋，時任龍芯技術(shù)負(fù)責(zé)人胡偉武帶著部分龍芯課題組的骨干在香山別墅討論龍芯3號的結(jié)構(gòu)方案。香山別墅三天討論的成果是基本明確了龍芯3號系列CPU的可伸縮互連結(jié)構(gòu)以及基于目錄的緩存一致性協(xié)議。龍芯3號的互連結(jié)構(gòu)中，每個結(jié)點四個處理器核通過交叉開關(guān)進(jìn)行全相連，結(jié)點間（不論片上還是片間）通過可伸縮的mesh網(wǎng)絡(luò)相連；多核的Cache一致性采用基于目錄的一致性協(xié)議，目錄設(shè)置在片上共享的最后一級Cache（LLC）上。上述結(jié)構(gòu)有別于當(dāng)時主流的環(huán)狀多核互連以及基于偵聽的Cache一致性協(xié)議。討論還明確了龍芯3號片內(nèi)集成內(nèi)存控制器以及HyperTransport（簡稱HT）接口。HT是AMD主推的系統(tǒng)總線接口。
龍芯3A
研制
在龍芯3號結(jié)構(gòu)基本確定后就展開了龍芯3號CPU的研發(fā)。由于當(dāng)時“十五”863課題結(jié)束了，“十一五”“核高基”（即“核心電子器件、高端通用芯片和基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品”重大專項）課題還未啟動。為此，中國科學(xué)院對龍芯3號的研制給了500萬元的前期經(jīng)費支持（執(zhí)行期限2007年1月到2007年12月）。科技部高新司馮記春司長得知龍芯3號的第一款芯片龍芯3A1000已經(jīng)基本完成設(shè)計，但缺少流片費時，在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃內(nèi)緊急安排了2000萬的經(jīng)費支持龍芯3號的研制（執(zhí)行期限2008年1月到2010年12月）。在龍芯3號研制過程中，作為中法兩國在IT領(lǐng)域戰(zhàn)略合作的一部分，科技部安排龍芯CPU在意法半導(dǎo)體流片。2006年10月26日，中國科學(xué)院與意法半導(dǎo)體在人民大會堂簽署了關(guān)于龍芯CPU戰(zhàn)略合作的文件。龍芯CPU在意法半導(dǎo)體的流片一直延續(xù)了下來，龍芯3A1000即使用意法半導(dǎo)體的65nm工藝流片。龍芯3A1000于2008年底交付流片。
生產(chǎn)
第一次生產(chǎn)
2009年5月20日，龍芯3A1000晶圓樣片生產(chǎn)下線，9月28日樣片回來，成功啟動操作系統(tǒng)，主頻800MHz-1GHz。這是龍芯CPU第一次啟動多核操作系統(tǒng)。在龍芯3A1000出來以后，用80顆龍芯3A1000搭建了KD60超級計算機(jī)。在KD60運(yùn)行LINPACK過程中，總是出現(xiàn)偶發(fā)性錯誤。這個問題以及其它的小問題導(dǎo)致龍芯3A1000進(jìn)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，然后開始了小批量生產(chǎn)。
改版
龍芯3A1000在2012年進(jìn)行了第二次改版。第二次改版主要是雙路直連時在特定訪問序列下導(dǎo)致兩片間的互連網(wǎng)絡(luò)死鎖。大致機(jī)理是HT協(xié)議的虛通道只有三個，分別是POST、NONPOST、RESPONSE，而龍芯的片上網(wǎng)絡(luò)協(xié)議AXI有五個實通道，分別是讀請求、寫請求、寫數(shù)據(jù)、讀響應(yīng)、寫響應(yīng)。于是在通過HT傳輸緩存一致性協(xié)議時，就將寫請求與寫數(shù)據(jù)合并一個通道，讀響應(yīng)與寫響應(yīng)合并一個通道傳輸。Cache一致性協(xié)議要求寫響應(yīng)不能被堵，而讀響應(yīng)通道發(fā)出的二級Cache給一級Cache的一致性請求有時會因為一級Cache處理不過來而被堵住，這時就會順帶堵死寫響應(yīng)通道，導(dǎo)致死鎖。當(dāng)時解決的辦法是在HT原有三個虛通道的基礎(chǔ)上增加了第四個虛通道并且允許寫命令與寫數(shù)據(jù)之間插入寫響應(yīng)包。3A1000的第二次改版還解決了HT互連時一個異步握手的問題。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。至此龍芯3A1000就很穩(wěn)定了，截至2016年還是龍芯銷售的一款重要芯片，尤其是在工控領(lǐng)域。
龍芯3B
龍芯3B的研發(fā)工作在2008年底龍芯3A交付流片后開始全面展開。首款龍芯3B1000繼續(xù)基于65nm工藝，主頻達(dá)到1GHz，八核結(jié)構(gòu)，每個核包含兩個256位向量部件，峰值浮點性能達(dá)到128GFLOPS，這在當(dāng)時處于世界領(lǐng)先行列。龍芯3B1000于2010年6月20日左右流片，2010年11月底回來第一批芯片。但第一批芯片回來測試并不順利，連操作系統(tǒng)都啟動不了。很快就找到了原因：由于芯片可測性設(shè)計部分的邏輯設(shè)計錯誤，在功能模式下誤把內(nèi)存引腳置為測試狀態(tài)，導(dǎo)致芯片訪問不了內(nèi)存，通過FIB（用離子束改變硅片上的連線）修復(fù)后功能正常。
龍芯3B1000首款流片不成功促使工程師馬上進(jìn)行改版，龍芯3B1000的第一次改版2011年2月初流片，7月初回來，調(diào)試比較順利。但在壓力測試時又出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，經(jīng)過幾個月的攻關(guān)發(fā)現(xiàn)又是死鎖問題。為此龍芯3B1000進(jìn)行了第二次改版，于2011年12月初流片，2012年4月底回來。從此達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
在掌握65nm工藝的基礎(chǔ)上，龍芯團(tuán)隊于2009年11月開始評估32/28nm工藝，并準(zhǔn)備把它作為龍芯CPU的下一個工藝結(jié)點。2010年12月選定意法半導(dǎo)體與三星電子合作的32nm工藝并開始八核3B1500的設(shè)計。3B1500基于3B1000的設(shè)計，主要通過工藝升級提高性能，同時做了局部的性能優(yōu)化，尤其是在處理器核中增加了私有二級緩存。2012年1月中旬完成3B1500的設(shè)計并交付流片。2012年8月底拿到樣片，初步測試正常，頻率從3B1000的900MHz提高到1.25GHz（最高可達(dá)1.5GHz）。在經(jīng)過測試后對該芯片進(jìn)行了萬片規(guī)模的小批量生產(chǎn)。在應(yīng)用驗證過程中，出現(xiàn)了在很大的應(yīng)用壓力下個別芯片不穩(wěn)定現(xiàn)象。剛開始龍芯團(tuán)隊覺得是個體問題，后來出現(xiàn)的次數(shù)多了，開始于2013年1月31日組織人員攻關(guān)定位問題，查找機(jī)理。直到2013年4月12日，才發(fā)現(xiàn)是從3B1000到3B1500改版過程中引起的，后來通過軟件調(diào)整規(guī)避此問題。經(jīng)過批量測試，原不穩(wěn)定現(xiàn)象消失。
為了從根本上消除該問題和其它一些小問題，龍芯對3B1500進(jìn)行改版。改版時根據(jù)生產(chǎn)廠家的建議，工藝從32nm遷移到28nm，于2013年4月底流片，10月底收到樣片，功能正常，但成品率極低，與廠家確認(rèn)后明確是廠家生產(chǎn)問題。廠家建議3B1500恢復(fù)到32nm工藝流片，于是又再次改版，于2015年1月底流片，2015年6月下旬收到樣片，測試后功能正常，而且成品率正常，后量產(chǎn)。
龍芯團(tuán)隊先后研制了龍芯3A1000、3B1000、3B1500、3A2000/3B2000、3A3000/3B3000五款龍芯3號系列芯片，大的流片版本12個，小的流片版本6個。
龍芯3C
2024年7月30日，在2024 全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)大會拉薩市高層論壇上，龍芯中科董事長胡偉武介紹，該公司在研的服務(wù)器 CPU 龍芯 3C6000 近日已經(jīng)完成流片。實測結(jié)果表明，相比上一代服務(wù)器 CPU 龍芯 3C5000，其通用處理性能成倍提升，已達(dá)到英特爾推出的中高端產(chǎn)品至強(qiáng)（Xeon）Silver 4314 處理器水平。
龍芯 3C6000 服務(wù)器芯片采用單硅片 16 核 32 線程，通用處理性能成倍提升，內(nèi)存采用 DDR4-3200×4，支持LS3D6000 雙硅片 32 核 64 線程、LS3E6000 四硅片 64 核128 線程，支持 GPGPU、各類加速器擴(kuò)展。
此外，龍芯 3C6000?通過龍鏈技術(shù)（Loongson Coherenent Link）首次實現(xiàn)片間互聯(lián)，龍鏈技術(shù)對標(biāo)nVLink、CXL，可實現(xiàn) Chiplet（小芯片、芯粒）的連接。
龍芯 3C6000 服務(wù)器 CPU 可滿足通用計算、大型數(shù)據(jù)中心、云計算中心的計算需求。胡偉武表示，龍芯基于自主指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件生態(tài)基本建成，基于自主 IP 核 CPU 性能達(dá)到市場主流產(chǎn)品水平，基于自主工藝可以基本滿足自主 CPU 生產(chǎn)要求。
龍芯3D
2022年12月，32核的龍芯3D5000產(chǎn)品已經(jīng)完成研發(fā)，2023年4月8日上午，2023中國·鶴壁市信息技術(shù)自主創(chuàng)新高峰論壇召開，龍芯中科副總裁張戈發(fā)布了新款高性能服務(wù)器處理器——龍芯3D5000。龍芯3D5000通過芯粒（chiplet）技術(shù)將兩個3C5000的硅片封裝在一起，是一款面向服務(wù)器市場的32核CPU產(chǎn)品。龍芯3D5000集成了32個LA464處理器核和64MB片上共享緩存，單機(jī)系統(tǒng)最多可支持四路128核。龍芯3D5000片內(nèi)還集成了安全可信模塊工程。龍芯3D5000采用龍芯自主指令系統(tǒng)龍架構(gòu)，無需國外授權(quán)，具備超強(qiáng)算力、性能卓越的特點，可滿足通用計算、大型數(shù)據(jù)中心、云計算中心的計算需求。龍芯3D5000的推出，也標(biāo)志著龍芯中科在服務(wù)器CPU芯片領(lǐng)域進(jìn)入國內(nèi)領(lǐng)先行列。
產(chǎn)品系列
應(yīng)用
價值意義
龍芯為改變中國信息產(chǎn)業(yè)無‘芯’局面邁出了重要的步伐”。
榮譽(yù)
軼事
中國科學(xué)院大學(xué)2019級本科生錄取的通知書里嵌入了一枚“龍芯三號”實物芯片，被譽(yù)為2019年最“硬核”大學(xué)錄取通知書。
參考資料 >
人文齊魯|融入文脈與情懷，且看今年大學(xué)通知書的“七十二變”.百家號.2024-09-29
我們的龍芯3號---致龍芯15周年.龍芯中科技術(shù)股份有限公司.2024-09-29
人民日報:龍芯能成為中國的“奔騰”嗎?.中國科學(xué)院.2024-09-29
龍芯3D5000高性能CPU國內(nèi)首發(fā):采用自主指令系統(tǒng) 無需國外授權(quán).百家號.2024-09-29
【會員企業(yè)動態(tài)】龍芯 3C6000 服務(wù)器 CPU 流片成功:性能達(dá)英特爾至強(qiáng) Silver 4314 水平.微信公眾平臺.2024-09-29
龍芯3C5000榮獲“2022最佳自主架構(gòu)服務(wù)器芯片”獎.百家號.2024-09-29
龍芯3A6000.龍芯中科技術(shù)股份有限公司 .2024-09-29
龍芯3A5000.龍芯中科技術(shù)股份有限公司.2024-09-29
龍芯3C5000.龍芯中科技術(shù)股份有限公司.2024-09-29
龍芯3C5000L.龍芯中科技術(shù)股份有限公司 .2024-09-29
龍芯3D5000.龍芯中科技術(shù)股份有限公司.2024-09-29
龍芯3A6000工業(yè)級.龍芯中科技術(shù)股份有限公司.2024-09-29
龍芯3A5000工業(yè)級.龍芯中科技術(shù)股份有限公司.2024-09-29
個人計算機(jī)產(chǎn)品.龍芯中科技術(shù)股份有限公司.2024-09-29
服務(wù)器產(chǎn)品.龍芯中科技術(shù)股份有限公司.2024-09-29
行業(yè)終端產(chǎn)品.龍芯中科技術(shù)股份有限公司.2024-09-29
分析:“龍芯”的價值不在“芯”上.新浪科技.2024-09-29