龙芯笔记本
芯片技术发展中不可忽视的一大难点，其体积虽小却内涵丰富，一颗芯片中蕴含的复杂逻辑相当于在纳米级空间构建一座城市。
作为芯片器件中的明星产物，CPU一直备受关注。国产CPU在政务、通讯、计算等领域已经有了自己的身影，但在通用CPU领域却仍由国外龙头企业占据主导地位。台式电脑市场由英特尔和AMD主导，移动端市场则以ARM和高通等为首，国产CPU想要突出重围绝非易事。
龙芯 3A5000产品综述|图片(1)|参数|报价|点评(1)
为了突破制约，国内CPU企业不断寻求创新出路，其中较为常见的发展路径是获得指令集架构授权，如ARM、MIPS甚至X86等架构都已授权给国内CPU企业。购买指令集授权无疑提高了研发效率，但其本质仍是基于他人搭建的基础上构建产品，因此缺少完全的自主性和产权保障，也存在受到限制的风险。
01 LoongArch简介
2021年4月，龙芯中科大胆迈出了国产自主化的第一步，自主研发推出了全新的LoongArch指令集架构。该架构从顶层设计到指令功能和ABI标准均实现了完全自主，这意味着龙芯未来的CPU将不再使用MIPS指令集架构，从今年发布的3A5000开始，均将使用LoongArch架构。这是一次国产化迈出的重要里程碑。
根据官方资料，我们绘制了龙芯3A5000微架构示意图，从中可以看到3A5000大致分为4个区块，每个区块包含一个核心和一个缓存。
LoongArch指令集继承了RISC的特点，如32位定长指令、32个通用寄存器以及32个浮点/向量寄存器。LoongArch取消了RISC指令延迟槽，取而代之的是直接跳转指令的目标地址相对PC计算，并增加了相对转移偏移量。
LoongArch拥有近2000条指令，并在设计中充分考虑了兼容性。相同源代码编译成LoongArch后，动态执行的指令数比编译成MIPS时减少10%-20%，这意味着运行效率更高，性能也会提升。
LoongArch还深入研究了MIPS、X86、ARM等主流架构，具备对这些架构进行二进制翻译的能力。其中，对MIPS可以实现100%翻译，实现跨平台兼容，龙芯的目标是在2025年消除指令集之间的壁垒。
2021年7月，龙芯中科发布了基于LoongArch指令集架构的两款处理器：3A5000和3C5000L。3A5000处理器面向桌面端市场，而3C5000L则是服务器处理器。3A5000主频为2.3Ghz-2.5GHz，拥有4颗核心，每个处理器核心采用64位LA464自主微结构，支持DDR4-3200MHz内存，以及Hyper Transport 3.0控制器。3C5000L则由4个3A5000封装组成，拥有16个核心。
3A5000处理器内置安全模块，能够有效抵御Meltdown（熔断）和Spectre（幽灵）等经典CPU漏洞。与上一代3A4000一样，3A5000也支持内置加解密算法和安全可信模块，是目前唯一通过国内商密二级型号鉴定测试的CPU内置模块。
02 龙芯3A5000整机介绍
龙芯3A5000通用处理器主要应用在消费级桌面市场，未来将推出包括台式机、笔记本、一体机等多种产品。此次评测对象为搭载3A5000处理器的台式整机。龙芯3A5000整机外观采用经典商用办公主机风格，以黑色为主格调。前面板提供一个常规开关按钮，两个USB 2.0接口，以及两个音频输入/输出接口。
龙芯3A5000整机
主板I/O处提供一个VGA视频口，一个串行COM接口，4个USB 2.0接口，2个USB 3.2 Gen1 5Gbps接口，以及一个有线网口。
主板I/O
其他配置方面，这台主机使用了256GB SATA固态硬盘，双8GB DDR4 3200MHz内存，以及AMD Radeon HD 8750M显卡。显卡I/O提供一个VGA接口，一个HDMI接口。
紫光国芯（UnilC）28GB DDR4 3200MHz内存
AMD Radeon HD 8750M
拆除散热器后，便能看到本次评测的主角龙芯3A5000，其芯片代号为“KMYC70”，得名于纪念抗美援朝70周年，而服务器处理器3C5000L芯片代号则为“CPC100”以庆祝建党100周年。
在本次评测的主机中，龙芯3A5000直接焊接封装在主板上，不支持DIY更换。
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统信UOS系统是一项由国内多家操作系统核心企业联合研发的高安全性、易操作性和稳定性的国产操作系统产品，也是实现芯片自主化的关键环节。目前系统官网已开放下载，有意向的用户可自行前往下载试用。除统信UOS系统外，国内自主研发的麒麟Kylin龙芯版也可作为备选方案。
实战测试
此次处理器测试涉及龙芯3A5000、英特尔i5 9500六核14nm、国产ARM V8四核7nm和国产ARM V8八核14nm四种处理器，以英特尔i5 9500六核14nm为基准对比。各整机的硬件参数保持一致。
英特尔i5 9500六核14nm架构处理器主频范围为3.0-4.4Ghz，热设计功耗为65W。国产ARM V8四核7nm处理器主频最高可达2.6GHz，单芯片支持64个核心。另一款国产ARM V8八核14nm处理器兼容64位ARMv8指令集，主频为2.3GHz。
提示：参与测试的四款处理器核心数存在差异，因此在多核测试项目中，我们取最大核心数的成绩作为参考。
基准测试
UnixBench性能测试
以下正式开始测试，首先使用大众熟悉UnixBench测试工具。这款软件适用类Unix系统（包括Unix、BSD和Linux）性能测试，广泛用于评估Linux系统主机的性能。该工具涵盖系统调用、读写、进程和图形化测试，是对整机系统进行全面检验。
UnixBench单核、多核性能测试
测试结果显示，龙芯3A5000和国产ARM V8四核7nm处理器的表现相当出色。龙芯3A5000的单核性能达到1685分，相比上一代龙芯3A4000有显著提升，单核性能已与英特尔i5 9500六核14nm处理器相接近。这与龙芯先通过设计优化提升单核性能，再利用先进工艺增加核心数的策略相符。
在多核性能对比中，龙芯3A5000达到4314分，与国产ARM V8四核7nm的4387分基本持平，但与英特尔i5 9500六核14nm处理器仍有一定的差距。4核龙芯3A5000却比国产ARM V8八核14nm处理器的性能高出600多分。
SPEC 2006测试
接下来进行SPEC 2006对比测试。SPEC 2006是一个大型的CPU性能测试项目，重点测试处理器的性能、内存子系统和编译器。该测试可以评估CPU最基础的定点和浮点性能。同样需要说明的是，由于测试处理器核心数不尽相同，因此在多核测试环节我们选择最多核数的成绩。
SPEC CPU2006 BASE性能测试
此次SPEC 2006测试分为单核和多核测试。龙芯3A5000单核定点得分为25.1分，单核浮点得分为26分。与英特尔i5 9500六核14nm处理器相比，确实存在一定的差距，但单核定点与国产ARM V8四核7nm处理器基本相当，单核浮点略优于国产ARM V8四核7nm处理器。与国产ARM V8八核14nm处理器相比，龙芯3A5000单核定点高出近10分，单核浮点高出近一倍。
在多线程测试中，英特尔i5 9500六核14nm处理器依然表现最佳。龙芯3A5000的多核定点和多核浮点均高于国产ARM V8四核7nm处理器，而国产ARM V8八核14nm处理器由于核心数优势，定点和浮点的分数均高于龙芯3A5000和国产ARM V8四核7nm处理器。
Stream
Stream是业界主流的内存带宽测试程序，测试行为相对简单可控。该程序对CPU的计算能力要求较低，对CPU内存带宽压力较大。随着处理器核心数的增加，而内存带宽并未线性增长，因此内存带宽对提升多核处理能力至关重要。
Stream内存测试
在Stream Copy测试子项性能中，龙芯3A5000的表现相当优异，已经超越了英特尔i5 9500六核14nm处理器。其中Copy单线性能获得16864分，多线性能获得21873分。国产ARM V8八核14nm处理器和国产ARM V8四核7nm处理器的分数差距不大，但Copy的整体表现略逊于龙芯3A5000。
应用测试
除了处理器的单核和多核基准性能测试外，用户的软件应用体验可以更直观地反映处理器之间的性能差异。接下来实际测试办公常用WPS、浏览器和视频播放器方面的应用体验。
WPS
我们使用四款处理器的主机安装同版本的统信UOS操作系统，然后使用WPS办公软件分别打开10MB（文本+图片）、50M（文本+图片）以及50M（文本+图片+视频）三种容量的大文件。重点测试打开文档速度以衡量处理器的性能。为了保证测试数据的规律性，每个文档均打开5次取平均值。
WPS办公软件打开文档速度对比（时间越短越好）
实际测试表明，在10MB（文本+图片）文档打开速度方面，国产ARM V8八核14nm处理器速度最快，耗时1.47秒；龙芯3A5000打开速度为1.54秒。在50M（文本+图片）打开速度方面，国产ARM V8四核7nm处理器速度最慢，耗时3.01秒。在50M（文本+图片+视频）打开速度方面，国产ARM V8八核14nm处理器速度最慢，耗时4.24秒；英特尔i5 9500六核14nm处理器的打开速度最快，耗时仅
访问爱奇艺网站这样的需求，对处理器性能提出了一定的要求，因为它需要加载视频、图片、CSS、JavaScript等各种资源。测试结果显示，英特尔i5 9500六核14nm处理器加载速度最快，仅需1.4秒；龙芯3A5000处理器也表现出色，用时1.78秒；而一款国产ARM V8八核14nm处理器加载时间最长，为2.35秒。
影音播放：
我们测试了四款处理器的影音播放性能。测试环境为统信UOS操作系统，使用默认视频播放器，播放相同大小的1080P MP4格式视频，记录加载视频的时间。
影院播放器加载1080P MP4视频时间(时间越短越好)单位：秒
测试结果表明，国产ARM V8四核7nm处理器加载速度最快，仅需1.43秒；龙芯3A5000处理器紧随其后，用时1.64秒；而加载时间最长的依然是那款国产ARM V8八核14nm处理器，用时2.09秒。龙芯3A5000处理器凭借其显著提升的性能，在4K高清视频软解方面也表现出色，即使没有独立显卡也能流畅播放高清视频。
04 不破不立 不断超越
让中国人用上完全自主的CPU处理器，是龙芯中科一直以来的目标。历经二十年的发展，LoongArch指令系统的出现标志着龙芯向这一目标迈进了一大步，这不仅是龙芯的突破，也是中国自主CPU行业的新里程碑。
基于LoongArch指令系统的龙芯3A5000处理器性能表现令人满意，但短期内仍面临着生态建设和应用软件适配方面的挑战。尽管龙芯的二进制翻译系统LAT在一定程度上解决了跨指令平台应用兼容问题，能够运行部分X86/Windows应用软件，但要构建满足各种应用需求的庞大软件生态，还需要国内软件厂商的共同努力。
CPU生态的构建需要硬件、系统和用户的共同支持。硬件方面，龙芯已经推出了基于LoongArch指令系统的龙芯3A5000处理器；系统方面，统信UOS、麒麟Kylin等国产操作系统也提供了支持。目前，LoongArch最需要的是用户，包括消费者和开发者。没有开发者开发的软件生态，就不会有大量的消费者购买使用，没有用户的消费就难以支持持续的研发投入。大力推广LoongArch生态是当前最重要的任务。苹果M1之所以能够威胁到英特尔和Windows，正是因为其庞大的用户基数和全球上千万的iOS开发者。
国内CPU生态建设进展缓慢的原因是多方面的，其中资金投入不足是一个重要因素。与国际巨头相比，国内CPU行业的整体投入远远不够，研发资金捉襟见肘。国外CPU和操作系统在软件生态、产业体系上已经发展了几十年，经验丰富。而自主CPU的研发需要克服重重困难，任何一个微小的失误都可能导致巨大的损失。高昂的成本和风险，使得很多企业望而却步。
在这样的环境下，龙芯能够推出自主化指令集架构LoongArch实属不易，而像龙芯这样坚持自主研发的企业更是难能可贵。
自主之路充满挑战，龙芯的勇气令人钦佩。如今，龙芯已经迈出了最艰难的第一步，接下来需要着力构建生态体系。龙芯中科已经建立了LoongArch社区，并将组建LoongArch联盟，免费开放LoongArch指令集，希望吸引更多开发者参与其中，共同推动国产自主CPU的发展。我们期待着龙芯中科能够构建起全新的自主CPU生态。
