龍芯3A3000 CPU深入實(shí)測：國產(chǎn)CPU春天何時(shí)來？

　　國產(chǎn)自主技術(shù)的重要性，如今體現(xiàn)得越來越明顯，尤其是在高性能半導(dǎo)體領(lǐng)域，我國正在全力奮起直追，面臨的困難和挑戰(zhàn)很多，取得的成果也不少，一方面需要繼續(xù)加大馬力，另一方面也需要予以肯定和支持。

　　在高性能CPU處理器領(lǐng)域，Intel、AMD是我們最熟悉的兩個(gè)名字，還有企業(yè)級的IBM。我國也在不斷投入，相關(guān)企業(yè)并不少，但由于高性能CPU的特殊性，門檻極高，目前只能采取引入授權(quán)再發(fā)展的方式，而性能距離世界頂級水平還有極大的差距，只能一步一步縮小。

　　龍芯是起步較早的國產(chǎn)CPU之一，而且早就已經(jīng)完全獨(dú)立自主研發(fā)和經(jīng)營，不拿國家一分錢資助。龍芯走的不是我們?nèi)粘Ｊ煜さ膞86指令集，而是MIPS指令集體系，所以更多應(yīng)用在一些特殊行業(yè)領(lǐng)域，消費(fèi)級市場上也有但不多見，還處在生態(tài)建設(shè)的初級階段。

　　目前，龍芯已經(jīng)發(fā)展出了多個(gè)龍芯產(chǎn)品家族，其中針對桌面市場的最新產(chǎn)品是龍芯3A3000。

　　想必大家一定很想知道它的性能到底如何吧?之前也陸續(xù)見過一些官方非官方的性能數(shù)據(jù)，但都很零散。最近，有龍芯愛好者對龍芯3A3000做了一次全面的實(shí)際性能測試，并發(fā)表在龍芯社區(qū)，這里節(jié)選一部分來看看(略有修改)。

　　據(jù)介紹，這套測試平臺(tái)是去年9月份龍芯俱樂部搞龍芯3A主板團(tuán)購時(shí)買的，自行搭建，測試工具為phronix-test-suite，盡可能理性、中立、客觀、全面，不吹不黑，不夸大成績，也不回避問題。

　　龍芯3A3000主板照片，風(fēng)扇下面是龍芯的CPU。另外兩塊散熱片下面分別是南橋和北橋。

　　拆下風(fēng)扇后的龍芯3A3000近照。LS3A3000D-LP的編號(hào)代表這是一個(gè)低功耗版本的龍芯3A3000。

　　開機(jī)后BIOS：可以看到CPU的主頻是1400MHZ，一級指令緩存64KB，一級數(shù)據(jù)緩存64KB，二級緩存4MB。

　　主板上的國產(chǎn)Unilc(西安紫光國芯半導(dǎo)體)內(nèi)存條。

　　龍芯3A3000規(guī)格表

　　龍芯3A3000頻率最高1.5GHz，這里測試的是1.4GHz版本，因此最好性能應(yīng)該比以下測試的再高出5%左右。

　　此外需要說明的是，龍芯3A3000筆記本里帶的龍芯3A3000的主頻被限制在了1.2GHZ。

　　規(guī)格對比

　　性能測試基本環(huán)境

　　龍芯3A3000處理器性能測試

　　測試是在Linux系統(tǒng)上進(jìn)行的，很多測試內(nèi)容都偏重CPU理論性能測試，跟大家熟悉的Windows下CPU性能測試不同，具體原理就不贅述了，大家只要看看結(jié)果和對比就行了。

　　測試對比型號(hào)除了Intel酷睿i5-7200U、賽揚(yáng)J1900，還加入了同樣國產(chǎn)的處理器、來自飛騰的FT-1500A、FT-2000+。

　　i5-7200U是Intel第七代酷睿移動(dòng)平臺(tái)的低壓低功耗版本，14nm工藝，雙核心四線程，主頻2.5-3.1GHz，集成核顯HD 620，熱設(shè)計(jì)功耗15W。

　　賽揚(yáng)J1900則是一顆超低功耗的移動(dòng)產(chǎn)品，隸屬于Bay Trail家族，2013年就發(fā)布了，22nm工藝，四核心四線程，主頻2.0-2.42GHz，集成核顯HD Graphics，熱設(shè)計(jì)功耗10W。

　　作者的結(jié)論：

　　從縱向上看龍芯的發(fā)展，相比龍芯2F，龍芯3A3000的性能有了很大的進(jìn)步。工藝上，從龍芯2F的90nm，提高到了龍芯3A3000處理器的28nm;主頻從龍芯2F的800MHZ提高到了1.5GHz。

　　在用戶實(shí)際應(yīng)用上，基本可以達(dá)到流暢使用的程度。與Intel處理器相比，龍芯3A3000綜合性能相當(dāng)于Intel賽揚(yáng)J1900，單核性能相當(dāng)于i5-7200U的30%～40%。

　　通過本文中所進(jìn)行的34項(xiàng)測試，我們發(fā)現(xiàn)龍芯3A3000在性能不好的根源有以下幾個(gè)：

　　同主頻性能較弱

　　從同主頻性能來看，龍芯3A3000已經(jīng)超過了J1900，但只有Intel i5-7200U的60%～70%。預(yù)計(jì)2019年流片的龍芯3A4000同主頻性能至少有30%的性能提升——那樣就能達(dá)到i5-7200U的80-90%。

　　主頻太低

　　這是龍芯處理器讓眾多愛好者耿耿于懷的的一個(gè)難以回避的弱點(diǎn)。誠然，主頻不代表所有性能，但主頻太低是萬萬不行的。

　　J1900的同主頻性能弱于龍芯3A3000，但由于它的主頻可以到1.99GHz，并且還可以睿頻到2.4GHz，在多項(xiàng)測試中一樣超過了龍芯3A3000。

　　i5-7200U基礎(chǔ)主頻達(dá)到2.5GHz，睿頻可以到3.1GHz。飛騰2000+主頻可以到2.2GHz，而兆芯的KX-6000主頻甚至可以到3.0GHz。

　　飛騰、兆芯處理器可能在同主頻性能上弱于龍芯，但還是可以靠著較高的主頻擊敗龍芯3A3000。

　　龍芯主頻較低的原因之一是落后的工藝制程，目前還在使用28nm工藝，而Intel、飛騰、兆芯等已經(jīng)在使用14nm工藝。

　　根據(jù)龍芯的發(fā)展規(guī)劃，到2020年龍芯將使用14nm工藝對了龍芯3C5000進(jìn)行流片，主頻能夠達(dá)到2.5GHz。

　　系統(tǒng)軟件優(yōu)化不夠

　　在測試中，我們發(fā)現(xiàn)的問題有三角函數(shù)等數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算速度過慢，看起來部分硬件浮點(diǎn)運(yùn)算的沒有得到應(yīng)用，而且龍芯缺少一個(gè)優(yōu)化的數(shù)學(xué)函數(shù)庫。在加密解密指令上，缺少AES硬件實(shí)現(xiàn)。

　　在測試中，我們發(fā)現(xiàn)使用Debian操作系統(tǒng)、GCC7.3和1.4GHz的龍芯3A3000進(jìn)行的各項(xiàng)測試基本優(yōu)于使用Loongnix操作系統(tǒng)、GCC4.9編譯器和1.5GHz龍芯3A3000的組合。

　　我們認(rèn)為編譯器的優(yōu)化對發(fā)揮龍芯的性能非常重要。

　　在測試中，我們也發(fā)現(xiàn)使用4.14的Linux內(nèi)核會(huì)比3.10的Linux內(nèi)核上有相當(dāng)程度的性能提升，龍芯依然缺少優(yōu)化的Linux內(nèi)核。

　　應(yīng)用軟件優(yōu)化不夠

　　由于MIPS架構(gòu)缺少軟件生態(tài)，各種應(yīng)用軟件缺少針對MIPS架構(gòu)的優(yōu)化。具體表現(xiàn)就是在很多軟件有針對X86系統(tǒng)的匯編優(yōu)化。

　　要建立龍芯的生態(tài)，發(fā)揮龍芯處理器的性能，相同級別的優(yōu)化不可缺少。隨著龍芯未來架構(gòu)的優(yōu)化、主頻的提升，影響龍芯發(fā)展的瓶頸將不是處理器的性能，而是軟件生態(tài)的建設(shè)，也就是系統(tǒng)軟件優(yōu)化以及應(yīng)用軟件優(yōu)化。

　　其中，各種應(yīng)用軟件的優(yōu)化將是提升龍芯用戶體驗(yàn)的捷徑。實(shí)際上，龍芯也已經(jīng)意識(shí)到了這些問題，提出了要學(xué)習(xí)蘋果“app by app， feature by feature， pixel by pixel”地進(jìn)行優(yōu)化。