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［龙芯二号简介］ “龙芯二2号”处理器，也称“Godson-2”处理器、“狗剩2号”处理器、“毛泽东110”处理器、“MZD110”处理器，其中“MZD”是取自“毛泽东”英文发音的三个开头字母。 真正期盼的跨越式进步的标志性产品是龙芯二号。在设计龙芯二号时，已分析了Intel P4、Sun SPARC、HP的Alpha、IBM Power4等多种主流芯片的微体系结构，要求龙芯2号的体系结构有自己明显的特色，以最有效的方法实现四发射，即一时钟周期可同时执行四条指令(P4实现了三发射)，而且要为下一步研制超线程CPU和多处理机CPU打下基础。计算所与在美国参加过千万亿次计算机研制的高光荣教授共同成立了先进计算机联合实验室，重点研制多线程机制，争取实现几十个甚至几百个线程并行操作。 2003年10月17日凌晨0点30分，楼道里传来了有节奏的脚步声，在空旷而寂静的楼道里显得特别有力。脚步声越来越近，我的心一下子提了起来，咚咚的脚步声象敲在我的心上，因为我知道，我们的狗剩2号回来了。105房间的门被推开，张珩风风火火地闯了进来，手里抱着一个方盒子。他是我专门派到上海去封装厂家取狗剩2号芯片回来测试的。我们小心翼翼地打开盒子，几十片狗剩2号芯片象等待检阅的士兵一样整齐地排列在专用的包装盒里。一个电话拨到芯片小楼，不到两分钟，105房间就聚集了六、七个人，他们都是下午刚刚成立的联调组的成员。 我挑了几个芯片，在用万用表对芯片进行一些简单的静态测试后，从中选了一个芯片放到子卡的插槽中盖好，并把子卡插到主板上。小心地按了一下电源开关，显示屏上没有动静，心里一阵紧张。试了几次后，换一个子卡，放上芯片后插到主板上，一按电源开关，显示屏一阵跳动，串串字符如约而至。我们一阵欢呼，刚才提到嗓子眼的心放回到心窝里先。在启动了一个简单的BIOS系统以后，开始启动LINUX操作系统，一切都很顺利。1点10分，屏幕上出现了LINUX操作系统的登录提示符"login:"。在拿到芯片的40分钟后，刚才等待时的紧张心情一扫而光。我们赶快打电话到芯片小楼告诉在那里等候的其他同学。钟石强还给我的妻子发了个短信，今晚她也在等待我们的消息。几分钟后狗剩2号收到了出世后的第一个祝福。 ——龙芯总设计师胡伟武 2003年8月，在中国科学院EDA中心MPW项目的帮助下，龙芯2号在上海中芯国际(SMIC)进行了首次流片。2003年10月16日起，项目组对龙芯二号的第一次样片进行了严格的测试，结果表明样片功能正确，性能指标符合设计要求，功耗只有1.3瓦左右。龙芯2号CPU已在项目组自己开发的服务器主板和PC主板上稳定运行两个月，并已通过SPEC CPU2000基准测试。龙芯样机上能运行完整的64位中文Linux操作系统，全功能的Mozilla浏览器、多媒体播放器和Open Office办公套件，具备了桌面PC的基本功能。 龙芯二号样片采用了中国科学院微电子研究所设计的全定制3写6读寄存器堆，北京微电子研究所也参与了龙芯2号的物理设计。设计过程中，美国Synopsys公司和Aptix公司分别提供了验证服务。 龙芯二号的主要结构特点包括，64位设计，7-10级流水线，包括取指、译码、重命名、发射、读寄存器、执行写回、提交等，其中乘除、浮点操作、以及访存操作在执行写回阶段需要多拍。四发射结构，最多可以有64条指令乱序执行。共有5个功能部件，包括定点ALU1（完成定点加减、逻辑、移位、转移），定点ALU2（完成定点加减、逻辑、移位、乘除），浮点ALU1（完成定点加减、转换、转移），浮点ALU2（完成乘除、开方），以及访存部件（完成访存、系统管理、数据传送）。通过对浮点指令fmt域的简单扩充，浮点部件可以执行完整的定点指令以及4路SIMD的媒体指令。在乱序执行方面，转移猜测使用混合预测+Gshare + BTB + RAS的转移猜测方式；通过物理寄存器到逻辑寄存器映射进行寄存器重命名，定点浮点寄存器堆各为64项；动态调度方面定点和浮点保留站各16项，Reorder Buffer为64项。 在存储管理方面，TLB为64项全相联，每项两页，页大小在4KB-4MB之间可变。此外，有一个独立的8项的指令TLB是数据TLB的子集。与狗剩1号一样，在TLB中增加可执行位，防止缓冲区溢出攻击。数据CACHE和指令CACHE各为32KB，二路组相联。最多允许32个访存操作的Non-blocking访问，访存相关在访存队列中通过全相联的查找解决，避免了象Alpha 21264或MIPS R10000中碰到访存相关时需要重新发射。实现load-speculation，允许前面的store操作未确定的情况下执行load操作并返回结果。Cache失效时实现关键字优先访问，以减少访存等待，Uncached操作实现uncached accelerate算法加速I/O访问。
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