Loongson

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Logo Loongson.

Loongson (龙芯, nom chinois : Godson ou puce dragon, en référence au dieu Dragon de la mythologie chinoise) est une marque de microprocesseurs chinoise appartenant à la société BLX IC Design.

Elle utilise une architecture MIPS, allant jusqu'à 8 cores, chaque cœur ayant la puissance d'un Pentium 4 milieu de gamme avec une consommation énergétique très faible de l'ordre de 3 à 8 watts, comparé au 60 à 130 W d'un Pentium 4.

La société française STMicroelectronics a acheté des licences aux possesseurs des brevets de MIPS pour produire des processeurs compatibles avec les Loongson.

Par ailleurs STMicroelectronics fabrique et commercialise des puces Loongson pour BLX, qui n'a pas d'usine.

Ces microprocesseurs sont utilisés dans des supercalculateurs chinois, ainsi que dans des ordinateurs ultra basse consommation, comme les ordinateurs de la marque Lemote.

Versions[modifier | modifier le code]

Les versions du Loongson ne représentent plus vraiment des évolutions du processeur. Mais plutôt des gammes. Ainsi les Loongson 1 sont des processeurs très basse consommation réservés aux systèmes ne demandant pas beaucoup de performance.
Les Loongson 2 sont destinés aux ordinateurs Portable et aux ordinateurs de Bureau.
Et les Loongson 3 sont seulement destinés au marché des serveurs et superordinateurs.

Loongson 1[modifier | modifier le code]

La première version de l'architecture Loongson, est un CPU 32 bits fonctionnant à une vitesse d'horloge de 266 MHz. Fabriqué en technologie CMOS et avec une finesse de gravure de 180 nm, ce processeur ne consomme que 0,5 watt[1], ce qui le rend idéal pour les architectures embarquées comme les caisses enregistreuses où les hautes performances ne sont pas nécessaires. Sa conception intègre directement dans le circuit une protection contre les attaques de type Dépassement de tampon. Les équipements de sécurité utilisant ce processeur atteignent donc les niveaux de sécurité élevés demandés par les entreprises et agences gouvernementales. Loongson 1 a été commercialisé en 2002.

Loongson 2[modifier | modifier le code]

La deuxième version, en CMOS 180 nm, contient 13,5 millions de transistors. Le Godson 2C, ou Loongson 2C, fonctionne à 500 MHz, ce qui donne un niveau de performance 8 à 10 fois celui du Loongson 1, soit environ le double des performances d'un processeur VIA 1,3 GHz, ou encore l'équivalent d'un Pentium III. Ce niveau était suffisant pour la plupart des applications de bureau sous Linux[1].

La version Godson 2E ajoute le jeu d'instructions 64 bits MIPS-III à l'architecture et contient 47 millions de transistors. Il fonctionne à une fréquence entre 800 MHz et 1 GHz et consomme de 5 à 7 watts. Il est équivalent en puissance à un Pentium III haut de gamme, ou un Pentium 4 bas de gamme.

Loongson 2F[modifier | modifier le code]

La version 2F est une évolution du Loongson 2E avec des capacités d'entrée/sortie étendues et une bande passante mémoire améliorée. Il comprend une interface 32 bits PCI/PCI-X ainsi que le support 64 bits des mémoires RAM DDR2. Un module permet une accélération vidéo au travers de l'interface PCI-PCI-X. Sa fréquence peut atteindre 1,2 GHz. La sortie était prévue pour octobre à novembre 2007.

Ce processeur a une puissance similaire à un Intel Atom 1,66 ghz tout en ayant une consommation similaire[réf. nécessaire].

Le 26 décembre 2007, la République populaire de Chine dévoile à Hefei son premier supercalculateur, nommé KD-50-I, d'un Téraflop (la capacité réelle est d'environ 350 gigaflops). Ce supercalculateur a été conçu par la coopération d'équipes dirigées par l'académicien Chen Guoliang (陈国良), professeur de technologie en science informatique de l'université des sciences et technologies de Chine, équipe principale du projet, avec l'institut de recherche en technologie informatique de l'académie des sciences chinoise comme seconde équipe. Le KD-50-I est le premier supercalculateur fabriqué en Chine à utiliser des microprocesseurs domestiques chinois, avec un total de plus de 330 microprocesseurs Loongson-2F. La taille du supercalculateur est à peu près celle d'un frigo d'appartement (photo) et a coûté moins de 800 000 RMB (environ 80 000 €). Le Loongson 2F est ainsi devenu le premier microprocesseur chinois utilisé dans un supercalculateur.

Loongson 2G[modifier | modifier le code]

Cette évolution inclut les évolutions suivantes[2]:

  • 4 cœurs de 1 ghz
  • un cache L2 de 4MO
  • un nouveau contrôleur mémoire intégré gérant la DDR2 et DDR3
  • une consommation électrique moindre à puissance identique au 2F grâce au passage d'une gravure de 90 nm à 65 nm.
  • intégralement compatible MIPS64 (le 2F était compatible MIPSIII + extensions 64bits ce qui n'est pas exactement MIPS64)
  • Le Loongson 3G ajoute aussi les instructions x86 introduites avec le Loongson 3
  • Ajout d'un contrôleur hyper Transport pour une liaison plus rapide aux périphériques non intégrés au processeur (comme le southbridge).

Malgré son nom le Loonson 2G se rapproche bien plus d'un Loongson 3A que du Loongson 2F.

Loongson 3[modifier | modifier le code]

Le Loongson 3 est conçu pour une fréquence d'horloge entre 1 et 1,2 GHz avec quatre cœurs dans sa version A, 8 dans sa version B[3]. En avril 2010, le Loongson 3A est sorti avec le support de la SDRAM DDR3.

Le Loongson 3 apporte aussi 200 nouvelles instructions à l'architecture MIPS pour aider à l'émulation de l'architecture x86 facilitant la transition à partir de cette plateforme. Une autre amélioration du Loongson est l'ajout de deux contrôleurs Hyper Transport qui permettent l'interconnexion entre les processeurs et ainsi la création d'environnements SMP complexes. (il existe des prototypes de cartes mère 8 CPU)

Loongson 3A[modifier | modifier le code]

En mai 2010, le premier supercalculateur KD-60 à base de Loongson 3A commençait ses premiers test. Constitué de 80 processeurs Loongson 3A, sa puissance théorique est de 1 Téraflop pour une consommation électrique de 2381 W[4].

Loongson 3B[modifier | modifier le code]

Le Loongson 3B est une évolution du Loongson 3 A les améliorations par rapport à son prédécesseur sont:

  • le passage de 4 à 8 cœurs
  • le remplacement des unités de calcul à virgule flottante traditionnelles par de nouvelles unités de calcul à virgule flottante vectorielle 256bits haute performance augmentant considérablement la puissance de calcul théorique par rapport au 3A dans le cadre de calcul de nombre à virgule. On parle de 128GFLOPS[5] par processeur pour seulement 50 watts soit 16GFLOPS par cœur pour environ 7 watts.

Loongson 3B 1500[modifier | modifier le code]

Le Loongson 3B 1500 est sorti courant 2013, les nouveaux apports sont[6] :

  • Passage du processus de gravure à 32 nm.
  • Support 8 cœurs par puce grâce à la consommation électrique optimisée et la place gagnée par la changement de processus de gravure.
  • Passage à une fréquence maximale de 1,2 à 1 5 GHz pouvant alors atteindre 150 GFLOPS. Augmentation permise par la diminution de la taille des connexions et ainsi la baisse des latences induite par le nouveau processus de gravure.
  • 9 niveaux de superpipeline.
  • 64 Kio de cache instruction et cache donnée niveau 1, 128 Kio de cache niveau 2 et 8 Mio de cache niveau 3.
  • Support de la RAM DDR2 et DDR3 avec ECC.
  • Gère les bus PCI, LPC, SPI, UART et GPIO.
  • Contient un circuit HyperTransport 2.0.
  • La puce est contenue dans un BGA 40 x 40 mm de 1121 broches, compatible avec le Loongson 3A.

Spécifications des microprocesseurs Godson[modifier | modifier le code]

Nom Modèle Fréquence
[MHz]
Architecture
Version
Année Cœurs Gravure
[nm]
Transistors
[millions]
Taille Die
[mm^2]
Énergie dissipée
[W]
Voltage
[V]
L1 Dcache
[k]
L1 Icache
[k]
L2 Cache
[k]
L3 Cache
[k]
Performance
[SPEC2000]
Godson-1 1 200 MIPS 32-bit 2002 1 180 -- -- 1 -- 8 8 non non 19/25
Godson-2 2B 250 MIPS-III 64-bit 2003 1 180 -- -- -- -- 32 32 non non 52/58
Godson-2 2C[7] 450 MIPS-III 64-bit 2004 1 180 13.5 41.5 -- -- 64 64 non non 159/114
Godson-2E STLS2E 1000 MIPS-III 64-bit 2006 1 90 47 36 7 1.2 64 64 512 503/503
Godson-2F STLS2F 1200 MIPS-III 64-bit 2007 1 90 51 43 5 1.2 64 64 512 --
Godson-2G ?? 1000 MIPS64 2011 3-4 65 -- -- 10 -- 64 64 4096 --
Godson-3A 3A 1000 MIPS64 2009 4 65 400+ -- 10 -- 64 64 4096 568/788
Godson-3B 3B 1000 MIPS64 2010? 4+4 65 600+ 299,8[8] 20 -- 64 64 4096 --
Godson-3B 1500 3B 1500 1500 MIPS64 2013 8 32 ? 182,5[8] 40 (1.2 GHz, usage courant)
80 (1Ghz, vectoriell)
-- 64 64 128 8192 1500 GFLOPS @ 1.5Ghz

Historique[modifier | modifier le code]

Le jeu d'instructions est compatible avec celui des microprocesseurs MIPS, mais les créateurs de ce processeur ont cessé de promouvoir cette compatibilité suite à une attaque judiciaire de la société Lexra.

En mars 2006, un micro-ordinateur de la taille d'un lecteur de DVD 5,4 pouces, contenant un processeur Godson II à 100 € et appelé Longmeng (龙梦, « rêve de dragon »), a été annoncé (voir photo sur Wikipédia anglais).

En juin 2006, à Computex'2006 à Taipei, la société YellowSheepRiver a annoncé la sortie du Municator YSR-639, un mini-ordinateur basé sur le Loongson 2 à 400 MHz.

En avril 2008, la société néerlandaise Vanderled spécialisée dans l'éclairage à LED, annonce, la sortie d'un ultramobile dans la lignée du Eee PC d'Asus, appelé Jisus, utilisant un écran LCD rétroéclairé à LED et un CPU Loongson, l'ordinateur serait livré avec une version du système d'exploitation GNU/Linux Ubuntu adapté à l'architecture MIPS pour fin mai 2008[9].

Logiciels supportés[modifier | modifier le code]

Contrairement aux processeurs plus classiques comme Intel, Advanced Micro Devices ou VIA Technologies, les Loongson ne supporte pas le jeu d'instruction x86. Le principal système d'exploitation est Linux, mais en théorie tous les SE supportant MIPS feront l'affaire. Par exemple, Windows CE a été porté facilement sur les systèmes basés sur Loongson[10].

Les distributions Linux fonctionnant sur Loongson :

Les systèmes d'exploitation autres que Linux :

Compilateur supporté[modifier | modifier le code]

GNU Compiler Collection (GCC) est le principal compilateur utilisé dans le développement logiciel pour plateforme Loongson. Des optimisations spécifiques pour Loongson ont été ajoutées à GCC 4.4[11]. Les options -march=loongson2z​ -march=loongson2f​, et, plus récemment, -march=loongson3a​[12], peuvent être utilisées pour bénéficier de l'optimisation.

ICT a aussi porté Open64, un compilateur optimisé avancé pour les platformes Loongson II[13].

Applications[modifier | modifier le code]

Les applications Open source sur plateforme Linux peuvent être portées simplement. Les applications open source les plus communes (comme OpenOffice.org, Mozilla Firefox, Pidgin, et MPlayer) ont été portées sur architecture MIPS[14] et les applications écrites en Java sont également supportées[15] via les JDK Sun, OpenJDK et IcedTea[16].

Références[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

(zh) Official Loongson Website
(zh)(en) blxcpu.com le site de la société productrice (lien mort)
(en) Microarchitecture du Godson 2 par le Journal of Computer Science and Technology.
(en) Présentation du processeur en 2005 sur le site de l'académie des sciences chinoise.
(en) Vers un superordinateur utilisant seulement des processeurs chinois
(en) Le processeur chinois, moins consommateur que ces concurrents à puissances égales