Введение

После публикаций об архитектурах Hygon и Kunpeng в каталоге СервакМастер не утихают вопросы о китайских процессорах Loongson. В отличие от предыдущих героев наших обзоров, опиравшихся на ARM, компания Loongson пошла собственным путём: её инженеры спроектировали оригинальную микроархитектуру LoongArch LA464, не имеющую технических заимствований ни у одной из существующих платформ.

В этом материале мы детально рассмотрим:

  • архитектуру LoongArch LA464 и её ключевые особенности;
  • серверный процессор Loongson 3D5000 с техническими характеристиками;
  • десктопную линейку Loongson 3A6000 и её три модификации;
  • операционную систему Loongnix и совместимое программное обеспечение;
  • готовые серверные и потребительские устройства на этой платформе;
  • сравнение с российским процессором Эльбрус 8СВ по реальным бенчмаркам.

Архитектура LoongArch LA464: история и происхождение

Loongson начинала свой путь с разработки процессоров на архитектуре MIPS — той же, что лежит в основе российских чипов Baikal-T и «КОМДИВ». Именно на MIPS-платформе строились решения для телеприставок, нетбуков, маршрутизаторов и даже суперкомпьютеров, в частности Dawning 6000.

В 2021 году ситуация кардинально изменилась: компания MIPS Technologies объявила о полном прекращении развития архитектуры MIPS в пользу RISC-V. Продолжение работы на устаревающей платформе грозило техническим тупиком. Loongson приняла стратегическое решение — разработать полностью оригинальную архитектуру LoongArch LA464 без опоры на чужую интеллектуальную собственность.

Независимые аналитики, изучившие LoongArch LA464, подтвердили: архитектура самобытна. Форматы инструкций, способы кодирования и режимы адресации принципиально отличаются от ARM, MIPS, POWER, RISC-V и x86. Для Китая это не просто корпоративная победа — создание независимой микроархитектуры является стратегическим достижением всей полупроводниковой отрасли страны.

Набор инструкций и расширения LoongArch LA464

LoongArch LA464 содержит более 2000 проприетарных инструкций и относится к классу RISC-платформ с упрощённым набором команд. Намеренный отказ от устаревших инструкций снизил энергопотребление по сравнению с MIPS-предшественниками. К базовому набору добавлены четыре ключевых расширения:

  • LBT — инструкции двоичного преобразования для трансляции кода с других архитектур (ARM, x86, RISC-V);
  • LSX — стандартное расширение векторной обработки данных;
  • LASX — расширенное векторное расширение для высокопроизводительных вычислений;
  • LVZ — аппаратная поддержка виртуализации.

Расширение LBT позволяет запускать программы, скомпилированные для ARM, x86 и RISC-V, прямо на чипах Loongson без предварительной перекомпиляции. Это существенно расширяет доступную базу программного обеспечения, хотя эмуляция неизбежно уступает нативному исполнению по скорости.

Операционная система Loongnix

Loongnix (иногда встречается форма Loongix) — открытая Linux-система, разработанная Loongson специально для ПК и серверов с процессорами LoongArch LA464. Разработчики последовательно расширяют список поддерживаемых технологий. На сегодняшний день Loongnix обеспечивает:

  • работу облачных платформ OpenStack и гипервизора KVM;
  • контейнеризацию через Docker и оркестровку Kubernetes (K8S);
  • совместимость с образами Alpine Linux;
  • запуск Windows 11 в эмуляторе QEMU — наглядная демонстрация возможностей двоичной трансляции LBT.

Серверный процессор Loongson 3D5000

Loongson 3D5000 (龙芯3D5000) — 32-ядерный серверный процессор на архитектуре LoongArch LA464, представленный в 2023 году. Чип рассчитан на сокет LGA 4129 и создавался прежде всего для государственных дата-центров и инфраструктур, предъявляющих высокие требования к информационной безопасности.

Для набора 32 ядер применена чиплетная компоновка: два 16-ядерных кристалла 3C5000 объединены в рамках единого пакета. Дополнительно выпущен специализированный чип Loongson 7A2000, позволяющий связывать несколько процессоров в многосокетную систему. Интерфейсный набор включает 32 линии PCI 3.0, суммарный кэш L3 составляет 64 МБ (по 32 МБ на каждый чиплет).

Характеристики Loongson 3D5000

Характеристика Loongson 3D5000 (龙芯3D5000)
Архитектура LoongArch LA464
Техпроцесс 12 нм SMIC
Количество ядер 32 ядра / 32 потока
Тактовая частота 2,0 ГГц
Контроллер памяти 8-канальный DDR4-3200
Объём памяти до 1 ТБ ECC REG
Пропускная способность памяти до 50 Гбайт/с
TDP 300 Вт

Безопасность и криптографическая защита

Loongson уделила особое внимание защищённости 3D5000. Процессор оснащён:

  • встроенным модулем TPM;
  • аппаратной поддержкой китайских криптоалгоритмов SM3 и SM4 со скоростью шифрования и дешифрования до 5 Гбит/с;
  • аппаратными механизмами защиты от уязвимостей типа Meltdown и Spectre.

Двух- и четырёхсокетные конфигурации поддерживаются штатно. Из особенностей стоит отметить отсутствие аналогов технологий Turbo Boost и Hyper-Threading — процессор работает на фиксированной тактовой частоте без многопоточных конвейеров.

Стратегическая роль Loongson 3D5000

Loongson изначально позиционировала 3D5000 как сугубо внутреннее решение, а не продукт международного рынка. Применение западных процессоров в государственных инфраструктурах нежелательно из-за потенциальных скрытых уязвимостей, поэтому 3D5000 производится для внутреннего использования и не экспортируется за пределы КНР.

Отдельного внимания заслуживает тот факт, что производство чипов Loongson было перенесено с тайваньской TSMC на мощности китайской SMIC. Это кардинально снижает зависимость от иностранной производственной базы.

Десктопный процессор Loongson 3A6000

Loongson 3A6000 (龙芯3A6000) — десктопные процессоры четвёртого поколения на сокете BGA-1190, выпущенные в 2023 году на том же техпроцессе 12 нм SMIC и архитектуре LoongArch LA464. В отличие от серверного 3D5000, линейка 3A6000 ориентирована на односокетные системы: персональные компьютеры, рабочие станции и компактные серверы начального уровня.

По сравнению с предшественником 3A5000 прирост производительности оказался значительным: обновлённое ядро Dragon LA664 и улучшенный набор инструкций LoongArch LA464 обеспечили заметно более высокую эффективность вычислений. В отличие от серверного собрата, десктопный 3A6000 поддерживает аналог технологии Hyper-Threading, что повышает эффективность при многопоточных нагрузках.

Поддержка сторонних дистрибутивов Linux появилась спустя два года после выхода линейки; официальной поддержки Windows не предусмотрено.

Линейка 3A6000 включает три модификации под разные сценарии применения:

  • Loongson LS3A6000-HV — серверные и виртуализационные инфраструктуры;
  • Loongson LS3A6000-LL — настольные компьютеры и рабочие станции;
  • Loongson LS3A6000-M — мобильные устройства с пониженным энергопотреблением.

Характеристики Loongson 3A6000

Характеристика LS3A6000-HV LS3A6000-LL LS3A6000-M
Техпроцесс 12 нм SMIC 12 нм SMIC 12 нм SMIC
Архитектура LoongArch LA464 LoongArch LA464 LoongArch LA464
Количество ядер 4 ядра / 8 потоков 4 ядра / 8 потоков 4 ядра / 8 потоков
Тактовая частота 2,5 ГГц 2,3 ГГц 2,0 ГГц
Контроллер памяти 2-канальный DDR4-3200 2-канальный DDR4-3200 2-канальный DDR4-3200
Объём памяти до 64 ГБ ECC до 64 ГБ ECC до 64 ГБ ECC
Пропускная способность памяти 25 Гбайт/с 25 Гбайт/с 25 Гбайт/с
TDP 80 Вт 60 Вт 30 Вт

Анонс Loongson 3A7000

Следующее поколение процессоров Loongson, ожидаемое в 2025 году, будет выпускаться по технологии 7 нм. Десктопный чип Loongson 3A7000 должен выйти на мощностях SMIC и, по заявлениям компании, обеспечить прирост производительности в 20–30% относительно 3A6000. Полные характеристики пока не раскрываются. Параллельно анонсированы серверные модели 3D7000 и 3E7000 для корпоративного рынка.

Серверы на базе Loongson

GITSTAR Jite GDC-2000 — двухсокетный сервер форм-фактора 2U, построенный на процессорах Loongson 3C5000 и предназначенный для корпоративных и облачных инфраструктур. Ключевые характеристики платформы:

  • до 16 слотов оперативной памяти DDR4 общим объёмом до 1 ТБ;
  • до 12 накопителей SATA, SAS и NVMe SSD с поддержкой горячей замены;
  • 3 слота PCIe с возможностью расширения до 6 слотов;
  • интерфейсы: 1 × VGA, 1 × COM, OCP 3.0;
  • совместимость с дистрибутивами Loongnix, UOS и Kylin.

Решение ориентировано на задачи, требующие полной локализации программного и аппаратного стека: государственные информационные системы и частные облачные платформы.

Потребительские устройства на базе Loongson

Материнская плата Loongson XA61200

Плата с интегрированным процессором LS3A6000-LL предназначена для сборки энергоэффективных персональных компьютеров. Технические характеристики:

  • оперативная память: до 32 ГБ DDR4 с поддержкой ECC;
  • хранилище: 4 порта SATA для подключения HDD или SSD;
  • видеовыход: HDMI с поддержкой разрешения до 4K;
  • коммуникации: порты USB 3.0 и интерфейс Gigabit Ethernet.

Loongson XA61200 — оптимальная отправная точка для знакомства с возможностями LoongArch LA464 в реальных рабочих и офисных задачах. Если вас интересует подобное решение, специалисты СервакМастер помогут с подбором и организацией доставки.

Мини-ПК MOREFINE M700S

Компактный персональный компьютер на базе Loongson 3A6000 для домашнего использования и базовых офисных задач. Технические характеристики:

  • оперативная память: 2 слота DDR4-3200 суммарным объёмом до 64 ГБ;
  • хранилище: слот M.2 PCIe Gen 3.0 и отсек для 2,5-дюймового накопителя;
  • дисплеи: одновременное подключение двух 4K-мониторов;
  • беспроводная связь: Wi-Fi 5 и Bluetooth 5.0;
  • предустановленная ОС: Loongnix.

MOREFINE M700S наглядно демонстрирует зрелость экосистемы Loongson: устройство вполне пригодно для повседневной работы при использовании совместимого программного обеспечения.

Сравнение с Эльбрус 8СВ: результаты бенчмарков

Серверные чипы Loongson нового поколения не поступают в открытую продажу ввиду их стратегического статуса, поэтому корректнее всего сравнивать десктопный Loongson 3A6000 с российским процессором Эльбрус 8СВ — тем более что однопоточная производительность 3A6000 и серверного 3D5000 находятся на одном уровне.

Результаты тестирования:

  • Linpack (однопоточный тест): Эльбрус 8СВ существенно уступает Loongson 3A6000;
  • SciMark 2 (научные вычисления): Loongson 3A6000 превосходит Эльбрус 8СВ более чем вдвое;
  • Тест отрисовки графики: Loongson — 60 мс, Эльбрус 8СВ — 278 мс (меньше — лучше);
  • Stream Cluster: Loongson — 98 мс, Эльбрус — 202 мс;
  • PyBench (задачи на Python): Эльбрус 8СВ уступает китайскому аналогу в 8,5 раза;
  • Coremark: Loongson 3A6000 опережает Эльбрус 8СВ почти вдвое.

По совокупности тестов Loongson 3A6000 уверенно превосходит российский Эльбрус 8СВ в большинстве сценариев. Оба процессора при этом заметно отстают от актуальных западных решений в своём ценовом диапазоне.

Вывод

Loongson — одно из наиболее перспективных семейств процессоров в азиатском регионе, демонстрирующее реальный потенциал китайской полупроводниковой отрасли. Компании удалось создать полностью самостоятельную микроархитектуру LoongArch LA464, перенести производство на внутренние фабрики SMIC и выстроить вокруг платформы полноценную экосистему программного обеспечения на базе Loongnix. Чипы Loongson способны занять значительную долю рынка КНР, вытесняя западные решения из государственных и корпоративных инфраструктур.

Если вас интересуют материнские платы Loongson XA61200, готовые рабочие станции MOREFINE M700S или серверные платформы на базе Loongson 3C5000 — обращайтесь в СервакМастер: подберём оптимальную конфигурацию, рассчитаем стоимость и организуем доставку.