國產(chǎn)處理器研究與發(fā)展現(xiàn)狀綜述

曹陽

摘 要 處理器是所有數(shù)字電子產(chǎn)品的核心所在，處理器的技術(shù)水平也代表著國家電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。近年來隨著國產(chǎn)處理器的發(fā)展，我國出現(xiàn)很多研究單位，這些單位主要是對處理器進(jìn)行研究的，在研究的同時(shí)還對處理器的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。本文主要是對國產(chǎn)處理器的研究進(jìn)行討論，再對其發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)階段的主要問題提出了解決措施。

關(guān)鍵詞 處理器 國產(chǎn) 芯片

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0前言

中央處理器（Central Processing Unit）是所有數(shù)字電子產(chǎn)品的技術(shù)核心，在國際上Intel和AMD兩大公司引領(lǐng)著處理器的生產(chǎn)，并且占據(jù)著生產(chǎn)市場的半邊天。目前我國的全體公民都希望由我國自主研發(fā)的處理器可以出現(xiàn)在國際上，終于在大家的共同努力下，由中國科學(xué)院研發(fā)的龍芯面世了，并且取得了不小的反響，相信在不久的將來我國的處理器也可以與國際的處理器相抗衡。

1CPU的概念

在CPU產(chǎn)品中主要由兩項(xiàng)核心技術(shù)組成，CPU指令集和CPU架構(gòu)，并且根據(jù)CPU指令集的特點(diǎn)分為兩大體系：CISC和RISC。CISC的缺點(diǎn)是難維護(hù)難調(diào)試并且其研制周期長，所以大眾普遍使用RISC。根據(jù)統(tǒng)一的RISC指令，實(shí)現(xiàn)CPU的使用可以采用不同的架構(gòu)。到目前為止，世界上不同的架構(gòu)公司只有三種，x86架構(gòu)、MIPS架構(gòu)、ARM架構(gòu)。我國國產(chǎn)的CUP從類型上可以分為大中小型。

2國產(chǎn)處理器

2.1定點(diǎn)指令系統(tǒng)

我國第一個(gè)具有研發(fā)自主權(quán)的微型處理器，對其自主定義了RISC系統(tǒng)，并且采用了存儲(chǔ)形式的寄存結(jié)構(gòu)，我國首次推出的微型處理器，在設(shè)計(jì)上采用的是UniCore16系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一直以來國產(chǎn)處理器零的突破。目前我國的指令系統(tǒng)具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，共包括16位、32位、64位定點(diǎn)指令系統(tǒng)。

2.2申威處理器

申威處理器的簡稱“SW處理器”，采用的指令集源于RISC系統(tǒng)，在我國擁有完全的自主研發(fā)權(quán)，此研發(fā)項(xiàng)目的啟動(dòng)基金也受到國家的資金支持，產(chǎn)品分為單核、雙核、四核、十六核等，我國自主研發(fā)的首次公開面世的處理器就是用的十六核，其運(yùn)算能力可以達(dá)到每秒千萬次，并且其頻率也達(dá)到了我國國產(chǎn)CPU的極限。申威處理器的使用多數(shù)用于高性能桌面上，或是國產(chǎn)服務(wù)器上。

2.3龍芯處理器

龍芯處理器的研發(fā)，大力推動(dòng)了我國電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國科學(xué)院堅(jiān)持自主研發(fā)，所以在研究所的堅(jiān)持下走上了創(chuàng)新之路，成立了專門的龍芯研討小組，并且購買了MIPS指令使用權(quán)，從此開始了龍芯微處理器的研發(fā)。

（1）龍芯一號是單核的微處理器，低成本、低功耗是它的主要特征，最高頻率可達(dá)到270MHz，定點(diǎn)字長最大可達(dá)到32位，是我國第一個(gè)配有IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的部件，也是我國第一個(gè)通過基本測試的CPU微型處理器。龍芯一號的產(chǎn)品有1A、1B、1C三種，1A和1C是主頻為300MHz的處理器，主要用于防火墻或是數(shù)字式航空航天領(lǐng)域。

（2）龍芯二號系列的產(chǎn)品比較多，例如龍芯2E，龍芯2E是單核CPU，是主頻為1GHz的處理器，使用的半導(dǎo)體為90nm的設(shè)計(jì)工藝，最大可達(dá)到64位的MIPS指令，結(jié)構(gòu)為四發(fā)射動(dòng)態(tài)超標(biāo)量超流水線，其訪問機(jī)制是動(dòng)態(tài)訪問的形式，在使用性能方面也相當(dāng)于中檔的InterP4處理器，西方國家對于中國自主研發(fā)的這款處理器已經(jīng)購買了其生產(chǎn)權(quán)，這也是中國計(jì)算機(jī)領(lǐng)域上一個(gè)偉大的突破。這款處理器只能運(yùn)用在低成本的電腦中，同時(shí)也是中國電子核心技術(shù)首次對外進(jìn)行授權(quán)。

（3）龍芯三號的成功研制，對我國的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域有著重要的意義，同時(shí)也標(biāo)志著國產(chǎn)CPU正式進(jìn)入了多核時(shí)代。我國的曙光龍騰服務(wù)器就是使用了龍芯3A產(chǎn)品，這是一臺(tái)擁有自主研發(fā)權(quán)的服務(wù)器，最大的特點(diǎn)在于其安全性較強(qiáng)，可以消除我國數(shù)據(jù)信息在國防領(lǐng)域的安全隱患，同時(shí)也加強(qiáng)了自我掌控能力，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)與應(yīng)用軟件配套使用。龍新三號缺乏操作系統(tǒng)對它的支持，所以在開發(fā)時(shí)增加了開發(fā)難度。

3現(xiàn)階段處理器面臨的主要問題

（1）國產(chǎn)處理器缺乏軟件支持

在對處理器進(jìn)行研發(fā)時(shí)，應(yīng)該與配套的應(yīng)用軟件一起使用，如果缺少操作系統(tǒng)對處理器的支持，那么其開發(fā)難度將會(huì)加大，還在一定程度上加劇了其工作量，所以對軟件的支持與國產(chǎn)處理器的研制有十分重要的意義。

（2）性能較弱

國產(chǎn)處理器無論是在生產(chǎn)上，還是在應(yīng)用測試上都存在一些困難，其總體水平與國際水平還有一定的差距。例如在主頻的限界上，國產(chǎn)CPU一般可在1.6GHz，而國際上的主流處理器已經(jīng)超過了4GHz。性能較弱，國家對于軟件的重視程度不夠，這也是國產(chǎn)處理器未能快速發(fā)展的原因之一。

4結(jié)束語

我國的研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在面臨著來自各方面的壓力，這也正預(yù)示著國產(chǎn)處理器還有很長的一段路要走。處理器的研發(fā)不是一個(gè)人或是短時(shí)間內(nèi)就可以發(fā)展起來的，而是需要大量的人力以及財(cái)力，以推動(dòng)國家對處理器研發(fā)的重視。處理器體現(xiàn)的是一個(gè)國家科技水平強(qiáng)弱，大到關(guān)系著整個(gè)國家的信息安全，發(fā)展我國自主研發(fā)的處理器是體現(xiàn)我國科學(xué)進(jìn)步的最佳方式，然而國產(chǎn)處理器這條路任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 洪興勇.高性能BWDSP處理器指令Cache研究與設(shè)計(jì)[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2013.

[2] 湯世鳳.基于國產(chǎn)CPU/OS的公文處理系統(tǒng)關(guān)鍵適配技術(shù)研究[D].南昌：南昌航空大學(xué)，2013.

[3] 張忠革，鄭年斌，周澤峰，彭革剛，沈清，石猛.基于國產(chǎn)CPU/OS的辦公信息系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].電腦與信息技術(shù)，2012，05（23）：8-11.

[4] 顧超.基于國產(chǎn)PKUnity-3CPU的高檔數(shù)控裝置硬件平臺(tái)開發(fā)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2011.