Loongson

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Logo de 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 pouvant supporter jusqu’à 8 cœurs, chaque cœur ayant la puissance d’un processeur Pentium 4 de milieu de gamme, mais avec une consommation énergétique très faible de l’ordre de 3 à 8 watts, comparée aux 60 à 130 W d’un Pentium 4.

La société française STMicroelectronics a acheté des licences aux propriétaires des brevets de MIPS afin de produire des processeurs compatibles avec les Loongson. Par ailleurs, elle fabrique et commercialise aussi des puces Loongson pour BLX, qui ne possède pas d’usine.

Ces microprocesseurs sont utilisés dans des supercalculateurs chinois, ainsi que dans des ordinateurs à ultra-basse consommation électrique, 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 à très basse consommation électrique réservés aux systèmes ne demandant pas beaucoup de performance.

Les Loongson 2 sont destinés aux ordinateurs portables et aux ordinateurs de bureau alors que les Loongson 3 sont seulement destinés au marché des serveurs et des superordinateurs.

Loongson 1[modifier | modifier le code]

La première version de l’architecture Loongson fut un processeur 32 bits fonctionnant à une cadence de 266 MHz et commercialisé à partir de 2002.

Fabriqué avec la 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 des performances élevés ne sont pas nécessaires. Sa conception intègre directement dans le circuit une protection contre les attaques informatiques du 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 2[modifier | modifier le code]

La deuxième version, en CMOS 180 nm, contient 13,5 millions de transistors. Le Godson 2C (ou Loongson 2C) et cadencée à 500 MHz, ce qui lui donne un niveau de performance de 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, cette vitesse étant suffisant pour la plupart des applications de bureau sous Linux[1].

La version Godson 2E ajouta le jeu d’instructions 64 bits MIPS III à l’architecture et contient 47 millions de transistors. Il est cadencé à une fréquence entre 800 MHz et 1 GHz et consomme de 5 à 7 watts. Il était alors équivalent en puissance à un Pentium III haut de gamme, ou à 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 et il est sorti en .

Voici un résumé de ses principales caractéristiques :

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

Le , la République populaire de Chine dévoila à Hefei « KD-50-I », son premier supercalculateur à atteindre la puissance d’un téraflop (la puissance effective est d’environ 350 gigaflops). Ce supercalculateur fut 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 chinoise des sciences comme seconde équipe.

Le KD-50-I fut le premier supercalculateur fabriqué en Chine à utiliser des microprocesseurs domestiques chinois. Il possédait plus de 330 microprocesseurs Loongson-2F et sa taille était à peu près celle d’un réfrigérateur d’appartement (« Photo du KD-50 »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), ) et coûta 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 ;
  • une cache L2 de 4 Mo ;
  • un nouveau contrôleur mémoire intégré gérant la DDR2 et la DDR3 ;
  • une consommation électrique moindre à puissance identique au 2F grâce au passage d’une gravure de 90 nm à 65 nm ;
  • intégralement compatible avec MIPS 64 (le « 2F » était compatible avec le MIPS III avec l’extension 64 bits, ce qui n’est pas exactement le MIPS-64) ;
  • le Loongson 3G ajoute aussi les instructions x86 introduites par le Loongson 3 ;
  • ajout d’un contrôleur HyperTransport 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 fonctionner à une cadence d’entre 1 et 1,2 GHz avec quatre cœurs dans sa version A et huit dans sa version B[3]. En , le Loongson 3A est sorti avec le support de la SDRAM DDR3.

Le Loongson 3 ajoute aussi 200 nouvelles instructions à l’architecture MIPS pour simplifier l’émulation de l’architecture x86, facilitant ainsi 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 multiprocesseurs complexes (il existe des prototypes de cartes mère à 8 processeurs).

Loongson 3A[modifier | modifier le code]

En , le premier supercalculateur KD-60 à base de Loongson 3A commençait ses premiers tests. Constitué de 80 processeurs Loongson 3A, sa puissance théorique est d’un téraflop pour une consommation électrique de 2 381 W[4].

Loongson 3B[modifier | modifier le code]

Le Loongson 3B est une évolution du Loongson 3A et ses 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 de 256 bits haute-performance augmentant considérablement la puissance de calcul théorique par rapport au 3A dans le cadre de calculs de nombres réels. On parle de 128 GFLOPS[5] par processeur pour seulement 50 watts}, soit 16 GFLOPS pour environ 7 watts par cœur.

Loongson 3B 1500[modifier | modifier le code]

Le Loongson 3B 1500 est sorti en 2013 et les nouveaux apports furent[6]:

  • passage du processus de gravure à 32 nm ;
  • support 8 cœurs par processeur grâce à la consommation électrique optimisée et la meilleure miniaturisation ;
  • passage à une fréquence maximale de 1,2 à 1,5 GHz pouvant alors atteindre 150 GFLOPS grâce à la diminution de la taille des connexions (et ainsi la diminution de la latence) permise par le nouveau processus de gravure ;
  • 9 niveaux de superpipeline ;
  • 64 Ko de cache de niveau 1 séparées pour les instruction et les données, 128 Ko de cache de niveau 2 et 8 Mo de cache de niveau 3 ;
  • support de la RAM DDR2 et DDR3 avec ECC ;
  • Gère les bus PCI, LPC, SPI, UART et GPIO ;
  • inclusion d’un circuit HyperTransport 2.0 ;
  • le processeur est contenu dans un BGA 40 × 40 mm de 1 121 broches et compatible avec le Loongson 3A.

Loongson 3A 2000 et 3B 2000[modifier | modifier le code]

Le Loongson 3A 2000 et 3B 2000 fut annoncé en . Basé sur l’architecture GS464E, il s’agit d’une architecture 64 bits améliorant notamment le nombre de pipelines et la prédiction des embranchements. Ils proposent[7]:

  • un jeu d’instructions MIPS64 version 3 ;
  • LoongBT, une technologie d’émulation binaire permettant d’exécuter du code x86 ou ARM ;
  • LoongVM, des instructions de machines virtuelles ;
  • LoongSIMD, des instructions pour opérations arithmétiques avec des vecteurs de 128 et 256 bits.

Loongson 3A 3000 et 3B 3000[modifier | modifier le code]

Les 3A 3000 et 3B 3000 devraient suivre en 2016 avec un processus lithographique de 28 nm[7].

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 bits 2002 1 180 -- -- 1 -- 8 8 non non 19/25
Godson-2 2B 250 MIPS-III 64 bits 2003 1 180 -- -- -- -- 32 32 non non 52/58
Godson-2 2C[8] 450 MIPS-III 64 bits 2004 1 180 13.5 41.5 -- -- 64 64 non non 159/114
Godson-2E STLS2E 1000 MIPS-III 64 bits 2006 1 90 47 36 7 1.2 64 64 512 503/503
Godson-2F STLS2F 1200 MIPS-III 64 bits 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[9] 20 -- 64 64 4096 --
Godson-3B 1500 3B 1500 1500 MIPS64 2013 8 32 ? 182,5[9] 40 (1.2 GHz, usage courant)
80 (1Ghz, vectoriell)
-- 64 64 128 8192 1500 GFLOPS @ 1.5Ghz
Godson-3A 2000 3A 2000 ? GS464 (MIPS64) 2015 32 40 ? ? ? ? ? 64/cœur ? ? ?
Godson-3B 2000 3B 2000 ? GS464 (MIPS64) 2015 32 40 ? ? ? ? ? 64/cœur ? ? ?
Godson-3A 3000 3A 3000 ? GS464 (MIPS64) 2016 ? 28 ? ? ? ? ? ? ? ? ?
Godson-3B 3000 3B 3000 ? GS464 (MIPS64) 2016 ? 28 ? ? ? ? ? ? ? ? ?

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 à la suite d’une poursuite judiciaire de la société Lexra.

En , un micro-ordinateur de la taille d’un lecteur de DVD de 5,4 pouces contenant un processeur Godson II à 100 et appelé Longmeng (chinois : 龙梦, « rêve de dragon ») fut annoncé (voir la photo sur Wikipédia anglais).

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

En , la société néerlandaise Vanderled spécialisée dans l’éclairage à LED, annonça la sortie d’un ultramobile dans la lignée du Eee PC d’Asus, appelé Jisus, utilisant un écran LCD rétroéclairé à LED et un processeur Loongson. L’ordinateur serait livré avec une version du système d’exploitation GNU/Linux Ubuntu adapté à l’architecture MIPS pour fin [10].

Logiciels supportés[modifier | modifier le code]

Contrairement aux processeurs plus classiques comme Intel, AMD ou VIA Technologies, les Loongson ne supportent pas le jeu d’instructions 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[11].

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 la plateforme « Loongson ». Des optimisations spécifiques pour Loongson ont été ajoutées à GCC 4.4[12]. Les options -march=loongson2z​ -march=loongson2f​ et, plus récemment, -march=loongson3a​[13], peuvent être utilisées pour bénéficier pleinement des optimisations disponibles.

ICT a aussi porté Open64, un compilateur optimisé avancé pour les platesformes Loongson II[14].

Applications[modifier | modifier le code]

Les logiciels libres sous la plateforme Linux peuvent être portés très simplement. Les applications à code source ouvert les plus communes (comme OpenOffice.org, Mozilla Firefox, Pidgin et MPlayer) ont été portées pour l’architecture MIPS[15] et les applications écrites en Java sont également supportées[16] via les JDK d’Oracle, OpenJDK et IcedTea (en)[17].

Références[modifier | modifier le code]

  1. a et b (zh+en) « Loongson evolution »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), sur www.lemote.com, .
  2. (zh+en) « Titre inconnu — Loongson 2G »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), sur www.loongson.cn (consulté en 2008).
  3. « La Chine passe aux Godson 3 »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), sur www.theinquirer.fr, The Inquirer, (consulté le 9 avril 2013).
  4. « Un superordinateur de la classe téraflops basé sur le processeur Loongson 3A chinois testé avec succès »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?).
  5. (zh+en) « Titre inconnu — 128 [[GFLOPS]] »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), sur www.loongson.cn.
  6. (zh) « http://www.loongson.cn/product_info.php?id=50 »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), (consulté en 2013).
  7. a et b (en) « Loongson Introduces MIPS64 3A2000 & 3B2000 Processors Based on GS464E Architecture », CNXSoft – Embedded Systems News, CNX Software,‎ (lire en ligne).
  8. (zh+en) « cpu »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?).
  9. a et b (en) Anthony Shvets, IEEE International solid-state Circuits Conference (IISCC), « Loongson Technology to present Godson 3B1500 CPU at IISCC conference », sur www.cpu-world.com, (consulté le 4 juin 2017).
  10. « Présentation du Jisus de Vanderled »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), sur blogeee.net, (consulté en avril 2008).
  11. (zh) « 福瓏電腦WinCE 5.0 圖片 »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), sur bbs.lemote.com (consulté le 9 avril 2013).
  12. (en) Maxim Kuvyrkov, « MIPS LS2 — Scheduling and tuning », (consulté le 4 juin 2017).
  13. (en) L’équipe de GCC, « Using the GNU Compiler Collection (GCC) — MIPS Options », sur http://gcc.gnu.org, (consulté le 4 juin 2017).
  14. (en) Zhou Shuchang, Liu Ying, Lu Fang, Yin Le, Huang Lei, Li Shuai, Ma Chunhui, Gao Zhitao et Lian Ruiqi, « Open64 on MIPS: porting and enhancing Open64 for Loongson II » [PDF], sur www.capsl.udel.edu, Beijing, Académie chinoise des sciences, (consulté le 4 juin 2017).
  15. (en) « Currently Maintained Distributions — LinuxMIPS », sur http://www.linux-mips.org, (consulté le 4 juin 2017).
  16. (zh+en) « Technical capacity-Jiangsu »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), sur www.lemote.com, Lemote Technologies Company.
  17. (zh) « 龙芯飞扬 no 20 »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?) [PDF].

Liens externes[modifier | modifier le code]

(zh+en) Site officiel
(zh+en) « Le site de la société productrice (lien mort) »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), sur blxcpu.com.
(en) Wei-Wu Hu, Fu-Xin Zhang et Zu-Song Li, « Microarchitecture of the Godson-2 Processor » [« Microarchitecture du processeur « Godson 2 » »], Journal of Computer Science and Technology, Kluwer Academic, vol. 20, no 2,‎ , p. 243–249 (ISSN 1000-9000 et 1860-4749, DOI 10.1007/s11390-005-0243-6, lire en ligne).
(en+zh) « Présentation du processeur en 2005 »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), sur english.cas.cn, Académie chinoise des sciences.
(en+zh) « Vers un superordinateur utilisant seulement des processeurs chinois »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), .
(en+zh) « Le processeur chinois, moins consommateur que ses concurrents à puissances égales »(ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), .