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Loongson lanza una nueva arquitectura de conjunto de instrucciones autónoma · TechNode


La semana pasada, la empresa china de procesadores Loongson anunció planes para lanzar una nueva arquitectura de conjunto de instrucciones. Loongson es conocido por sus procesadores basados ​​en arquitectura MIPS y está vinculado a la Academia de Ciencias de China.

Según la empresa, su nueva arquitectura LoongArch incluye una arquitectura central y extensiones como instrucciones vectoriales, virtualización y traducción binaria. Según se informa, la arquitectura tiene casi 2.000 instrucciones, un número sorprendentemente alto, y la empresa afirma que la arquitectura proporciona total independencia de la tecnología desarrollada en el extranjero.

Opinión

Stewart Randall es director de electrónica y software integrado en Intralink, una consultora de desarrollo empresarial internacional que ayuda a las empresas de tecnología occidentales a expandirse en el este de Asia.

La compañía dijo que la arquitectura ha eliminado el «contenido obsoleto» que se encuentra en los conjuntos de instrucciones tradicionales y es más adecuada para diseños de alto rendimiento y bajo consumo. La nueva arquitectura, dijo, facilita la compilación de software y el desarrollo de sistemas operativos o máquinas virtuales. También es compatible con los conjuntos de instrucciones tradicionales, por lo que el software diseñado para x86 o Arm debería poder ejecutarse en LoongArch.

A set de instrucciones arquitectura (ISA) es el vínculo entre hardware y software. Especifica cómo el hardware ejecuta el código de software. Hasta ahora, China se ha basado en las NIA desarrolladas por empresas extranjeras.

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La búsqueda de China de una CPU interna

El mercado mundial de CPU ha estado dominado durante años por la arquitectura x86, esencialmente controlada por dos empresas, Intel y AMD.

Durante varios años, las empresas chinas han intentado romper este duopolio, con cierto éxito a nivel nacional, pero ciertamente no a nivel mundial. Tanto Huawei como Phytium utilizaron la arquitectura Arm v8 para crear potentes chips de servidor de 64 núcleos utilizados en centros de datos y supercomputadoras. Bajo la presión de Estados Unidos, es difícil para ambas empresas seguir creando este tipo de chips.

Hygon y Zhaoxin diseñan procesadores x86 a través de empresas conjuntas con AMD y VIA, aunque Hygon también ha caído en dificultades geopolíticas. Otra empresa, Sunway, siempre ha utilizado la arquitectura Alpha menos conocida, diseñada en los Estados Unidos, pero hasta donde yo sé, los procesadores Sunway solo se han utilizado dentro del gobierno.

Algunas empresas, en particular C-Sky y China Core, han intentado promover sus arquitecturas o variantes de otras más antiguas como PowerPC en el mercado comercial. Ambos han fallado más o menos y desde entonces se han adherido a la arquitectura de código abierto RISC-V tan discutida. Alibaba adquirió C-Sky en 2018. Ahora es una empresa líder en procesadores RISC-V bajo el nombre de T-Head.

Loongson siempre ha utilizado la arquitectura MIPS. MIPS ISA tiene una historia interesante, pero está pasando de moda: incluso su propietario, MIPS Technologies, lo ha abandonado en favor de RISC-V.

Nunca ha existido una arquitectura china exitosa. C-Sky no pudo escalar y se trasladó a RISC-V. Otras empresas que afirman estar «fabricadas en China» han utilizado o están utilizando arquitecturas de código abierto o licenciables existentes.

Comenzar desde cero para construir una ISA es un gran desafío. Es más rápido diseñar la CPU basada en una arquitectura madura, porque existe un ecosistema de hardware y software existente al que conectarse.

Sin embargo, con Huawei, Phytium, Hygon y Shenwei en la lista de entidades estadounidenses, a China le preocupa no tener una arquitectura completamente independiente. RISC-V puede ser una gran plataforma para que las empresas chinas vayan al extranjero con sus proyectos, pero es una iniciativa global y, en algunos casos, China puede querer algo que sea totalmente suyo.

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Sin infracción de patente

Cabría preguntarse si LoongArch infringe las patentes de otras arquitecturas. Para disipar esos temores, Loongson pagó a una agencia de propiedad intelectual de terceros el año pasado para que investigara si LoongArch violó otras arquitecturas, incluidas Arm, x86, RISC-V y MIPS. Llegaron a la conclusión de que el diseño es único e independiente, que su manual era claramente diferente al de los demás y que no infringía las patentes chinas de ninguna de las principales arquitecturas internacionales.

Quizás la frase clave aquí sea patentes chinas en lugar de patentes globales. Podría ser algo a lo que prestar atención. Loongson dice que también analizarán patentes internacionales, pero hasta ahora han concluido que la arquitectura es completamente independiente y controlable.

Me parece que para evitar infracciones de patentes y al mismo tiempo apoyar la emulación de otras arquitecturas han terminado aumentando la complejidad de su conjunto de instrucciones: 2.000 instrucciones son más que otras arquitecturas tradicionales.

Loongson 3A5000

La CPU Loongson 3A5000, anunciada el mes pasado, ya está utilizando esta nueva arquitectura y ya ha sido «registrada» con éxito y enviada a una instalación de fabricación para producción, a 12 nm.

Esta CPU está destinada al mercado de las PC. Lo interesante aquí es el meollo del proceso. Loongson siempre ha utilizado GlobalFoundries para registrar chips basados ​​en el proceso FD-SOI de ST-Micro. Se podría suponer que continuarán usando GlobalFoundries para el chip de próxima generación, pero no han anunciado qué proceso utiliza.

Algunos han dicho que usará el proceso TSMC de 12 nm, mientras que otros han sugerido que podría usar SMIC, que ahora cuenta con la capacidad de grabar 12 nm. Es posible que SMIC aún no esté listo para la producción en masa, pero para un chip de prueba, esto no debería ser un problema. Esto podría ser arquitectura china producida en una fábrica china, solo un rumor en este momento, pero algo a considerar. TSMC o GlobalFoundries son incluso más probables, ya que SMIC 12nm sería nuevo para la empresa y SMIC ha sufrido recientemente más restricciones de los Estados Unidos.

También vale la pena señalar que Loongson al pasar de 28 nm en chips anteriores a 12 nm muestra un desarrollo en sus capacidades de diseño. También tiene un nuevo chip de servidor 3C5000 que usa el mismo proceso pero se dice que es mucho más poderoso.

¿Por qué no RISC-V?

Desde que Wave Computing se convirtió en MIPS Technologies y abandonó la arquitectura MIPS en diciembre, ha habido rumores de que Loongson haría lo mismo. La mayor parte de la industria especuló que la empresa se trasladaría a RISC-V como lo han hecho muchos otros.

RISC-V parece ser el camino más simple para una empresa como Loongson, pero hay algunas razones por las que puede haber elegido no hacerlo. Primero, hay otras empresas que hacen esto, por lo que sería difícil notar la diferencia. En segundo lugar, está claro que Loongson quería algo 100% chino, que no dependiera de la arquitectura internacional. Finalmente, Loongson podría planear seguir el modelo RISC-V y realmente abrir la arquitectura.

Según su comunicado de prensa, una vez que se confirme la situación mundial de las patentes de propiedad intelectual, planean crear una alianza LoongArch donde los miembros puedan acceder a la arquitectura y los núcleos de IP de Loongson de forma gratuita. Si bien la compañía no ha dicho que el conjunto de instrucciones estará abierto a los miembros, ciertamente es posible.

Sin embargo, se dice que la empresa se sumará al consorcio RISC-V. Antes del anuncio de LoongArch, los ejecutivos dijeron que estaban «ansiosos por unirse al consorcio educativo de código abierto». La mayoría pensó que esto significaba RISC-V, pero podrían haber insinuado su propia alianza.

No me sorprendería que la empresa se uniera a RISC-V. Su arquitectura podría usarse en China para aplicaciones militares o gubernamentales, mientras que RISC-V sería una mejor plataforma para que Loongson finalmente se globalice.

El tiempo dirá

«Sólo logrando la independencia en la raíz del sistema educativo es posible romper los grilletes del ecosistema de software», dijo la gerencia de Loongsoon en su comunicado de prensa. Esas afirmaciones dejan en claro que el objetivo principal de LoongArch es que China tenga su propia arquitectura de conjunto de instrucciones completamente independiente.

Desde que C-Sky cambió a RISC-V, este no ha sido el caso. Si bien no veo que LoongArch se convierta en una arquitectura competitiva a nivel mundial, dado que los ecosistemas son difíciles de construir, podría ser otra cadena en el período de autosuficiencia de China.

También será interesante ver cómo se desarrolla la Alianza LoongArch. ¿Abrirá la arquitectura del conjunto de instrucciones? Si los proyectos centrales son gratuitos, ¿es solo para investigación o también para uso comercial?

Sin duda, toda la iniciativa cuenta con el apoyo del gobierno. Loongson salió del Instituto de Tecnología Informática de la Academia de Ciencias de China, que sigue siendo un accionista importante y miembro del consorcio RISC-V, con una persona en la junta.

Estaré atento a si LoongArch viola las patentes globales, los puntos de referencia de los procesadores, cómo se desarrolla su alianza y si finalmente se traslada a RISC-V también. Es probable que se utilice en aplicaciones de servidor y PC gubernamentales y militares, pero ¿puede ir más allá? El tiempo dirá.

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