如何理解龙芯 3A5000 和 3A6000 微架构

写在最前

近来龙芯发布了最新的中央处理器——3A6000，我们通过各种渠道，已经了解这颗新处理器的性能和优势，于是最近又开始为 3A5000 重新安装 Gentoo 系统，准备后续作为主要办公机器进行使用。

Gentoo Linux 操作系统大家都有所了解，几乎所有软件都需要从头开始编译、安装，完整构建系统，在完成系统初步安装进入 KDE Plasma 以后，我开始关注如何优化底层系统，于是查阅了 GCC 关于 LoongArch 的优化，于是注意到这个部分：

于是我开始关注起龙芯的微架构。也促成本文。

微架构

龙芯 3A5000 的微架构是 LA464，它分别拆解开这样理解，“LA”代表了 LoongArch 的缩写，第一个“4”代表4发射，“64”代表64位；那么 3A6000 的微架构 LA664 意思就很明显了，LoongArch 6发射 64 位处理器。那么两代处理器的唯一区别，其实主要是发射数的增加，从而，处理器自 3A5000 的4核心，4线程，提升到现在的 3A6000 的4核心，8线程。

而核心的指令集并没有发生变化（个人猜测），目前 3A5000 包含的指令集有：cpucfg lam ual fpu lsx lasx crc32 complex crypto lvz lbt_x86 lbt_arm lbt_mips，其中 lsx lasx lvz lbt_* 都是扩展指令集，其它的指令集应该就是通用指令集，另外，要打开扩展指令集需要编译内核的时候打开相关选项，内核才能支持。

于是个人大胆推测，3A6000 并没有在指令集中添加或者更改，仅仅是在芯片制作工艺、封装以及缓存做了更改。之所以这样推断主要原因就是 GCC 的那个文档，如果假设 3A6000 有相关指令集的增加和优化，那么在公开给新世界 GCC 编译器的文档或者源码中会有相关更新，但目前并没有。当然，如果没有公开和开源，我们就当不存在了。

关于扩展指令集

目前 LoongArch 提到的扩展指令集，LBT, LSX, LASX, LVZ ，从相关公开文档中，我们大概知道以下内容：

LBT 指的是：二进制转译指令集，能够转译 x86，arm和mips；
LVZ 指的是：虚拟化指令集；
LSX 指的是：128位向量指令集；
LASX 指的是：256位向量指令集。

通过这四个指令集，我们来大胆脑洞一下：

LBT 指令集用于配合没有开源的 LATX 转译非原生 LoongArch 架构的二进制程序，能够在 LoongArch 上运行；
LVZ 用于虚拟化，是否能够配合 KVM 提升虚拟机性能？目前个人猜测，应该有相关性；
LSX 和 LASX 类似于 x86 的 AVX，或者是 RISCV 的 RVV ，提供向量指令集魔法加成。如果应用到生产生活中，最佳应用场景就是人工智能。

回到目前的工作和生活

上面说了那么多，我们可以总结下目前的 3A6000 和 3A5000 从软件底层、从开源的角度分析，真正的价值有些什么：

打开扩展指令集支持完整重构的 Linux 新世界操作系统是否存在性能上的提升？
- 首先内核配置需要打开扩展指令集支持；
- 重新配置、构建 GCC 。配置时需要打开 -march=la464 ，构建出支持通用指令集和扩展指令集的 GCC
- 再用这样的 GCC 完全重构整个系统
- 试验对比两个系统（通用模式的系统和优化的系统），跑分对比性能是否有提升
LBT 转译指令集对于开源新世界的意义？
- 内核支持 LBT 转译指令是一个非常好的消息，这为将来 LoongArch 新世界 Linux 各个发行版能够使用 LATX 游玩 x86 游戏，运行非原生软件提供了可能性
- LATX 并没有开源，仅存在于商业版本的 Linux 系统中，对于开源社区而言，没有开源就不存在，所以，对于新世界开源发行版，目前是无法利用转译指令集做任何事的，除非未来 LATX 开源
LVZ 虚拟化目前还暂时没有测试，等待未来有机会测试和研究
向量指令集的价值。
- 首先最有价值的是具有向量指令集加成的 GCC 编译器
- 其次是未来利用向量指令集在人工智能领域发力