最新款龍芯性能曝光：可媲美i7-3770K

2025-04-21 20:06:24

    雖然目前龍芯銷售的成品晶片在性能、功耗等各方面都不盡人意，但是下一代核心將有非常明顯的進步，一舉接近國際一流水平。

    最近，《中國科學：信息科學》期刊刊登了下一代龍芯架構的相關論文，介紹了新產品的具體改進與多項性能測試數據。從中我們驚訝地發現，新龍芯已經不再是過去那隻醜小鴨了。
龍芯現有的兩個桌面型號分別是四核心的3A-1000和八核心的3B-1500，其內核是2006年定型的GS464微架構。如今老舊的GS464核心已經不堪重任，各項性能指標與當前國際主流CPU差距較大，無法適應競爭激烈的晶片市場。

    為了追上國際一流水平，中科院計算所於2012年開始研製新一代龍芯架構「GS464E」。2014年底，使用GS464E核心的首款晶片龍芯3A-1500成功流片，預計今年年底成品面世。
相比上代產品，GS464E核心有了相當大的改進：提升分支預測效率、增加發射和重定序隊列、使用新設計的緩存方案和訪存部件等。這些改進的結果是核心單線程性能大幅提升，訪存性能更是有了飛躍。

    此外，GS464E還優化了多核並行的效率，並增加了硬體級的x86與ARM指令翻譯模塊，使晶片可以高效率模擬運行x86和ARM平臺的應用程式。

    大家可以這樣理解新龍芯核心的變化：部隊行軍作戰不僅需要勇猛的士兵，還要有先進的裝備、穩定的後勤。上代龍芯架構中負責「作戰」的那部分設計的很好，但與之配合的「裝備」「後勤」就比較落後。GS464E重點強化的就是後者，現在士兵有了強力武器和充足的後勤供應，打起仗來自然如虎添翼。

    核心大幅改進後，新龍芯的性能表現自然就備受期待。這次計算所慷慨地放出了多項測試程序的對比結果，部分項目還直接找來Intel上代桌面高端處理器Core i7-3770來同場競技，讓觀眾大飽眼福。

    參與測試的處理器有上代四核心的龍芯3A-1000和新一代的3A-1500，主頻均為1GHz。3A-1000使用通道DDR3-667內存，3A-1500則用通道DDR3-1000；對比的Core i7-3770則使用單通道DDR3-1333內存。

    首先來看常用的SPEC CPU 2000跨平臺測試集。單線程測試中3A-1500的整數性能比上代提升了54.9%，浮點則大幅提升100.6%。

    這還是使用通用GCC編譯器的結果，如果未來改用針對新龍芯優化的專用編譯器，預計其優勢會更大。

    下圖是新龍芯運行各項SPEC測試子項目時相對老產品的性能提升比例：

    然後是幾項老牌的處理器運算速度測試程序：Whetstone偏重浮點運算，Dhrystone和CoreMark是整數測試。

    由於GS464E主頻較低，這裡對比了它與Core i7-3770的同頻率等效性能。

    在這三項測試中，尚未得到編譯器充分優化的龍芯竟然跑出了接近甚至超越Core i7的同頻效率。

    雖然龍芯的主頻遠不如對手，整體性能依舊落後不少，但同頻性能接近i7-3770已經證明新架構的實力的確強悍。將來龍芯經過工藝改進和後端優化後可以實現2GHz以上的主頻，屆時就可以和主流雙核桌面CPU一較高下。

    上代龍芯的一大軟肋是訪存性能，這也是GS464E重點強化的指標。我們來看實際測試的結果如何：

    由於相關測試程序暫時無法識別GS464E的雙路內存控制器，所以這裡3A-1500與i7-3770都是用單通道內存模式，頻率分別為1000MHz和1333MHz。測試結果表明新龍芯的訪存性能有了數量級的飛躍，已經接近國際一流水平。至此，訪存性能不再是龍芯的主要瓶頸。

    計算所對新龍芯的初步測試結果無疑是十分滿意的。他們在文章中寫道：

    GS464E處理器核的性能比上一代處理器核產品有大幅提升，在流式訪存程序上,更是獲得了超過10倍的性能提升。從程序運行效率的角度，其結果已不輸於Intel Ivy Bridge處理器。總體而言，GS464E的設計已經接近國際非常先進水平，是一款國內頂尖的擁有自主智慧財產權的處理器核產品。

    短短幾行字，自信和自豪感躍然紙上。

    龍芯3A-1500隻是GS464E核心的一個驗證性質的版本，製造工藝仍是老舊的40nm，主頻不過1GHz。計算所計劃在接下來發展28nm工藝、主頻超過1.5GHZ的龍芯3A-2000，這款晶片將正式推向市場，走進PC、伺服器與Intel、AMD的處理器正面對抗。

    計算所未來還將有加強浮點能力、支持超線程並改用更先進工藝的龍芯3B-2000等新品。

    從市場角度來說，龍芯3A-2000即可滿足絕大多數的家用、辦公場景需求，可以替代運行常見任務的x86 PC與伺服器。由於龍芯平臺基本不存在軟硬體後門問題，更適合政府和大型企業等敏感部門使用。

    稜鏡事件後，中國對自主研製的通用處理器需求愈發強烈。新一代龍芯如能順利發展，快速推向市場，將彌補我國關鍵領域缺乏性能夠用的國產晶片的空白。經過十餘年艱難探索，龍芯終於要破繭成蝶了。

    註：本文數據及圖表引用自《龍芯GS464E處理器核架構設計》（《中國科學：信息科學》2015年45卷4期）。■