海光編譯器

A. 突破封鎖！國產晶元終於有了自己的指令集

在半導體晶元領域， 指令系統是一切軟硬體生態的起點 。

以大家最熟悉的ARM和X86為例，它們就分別隸屬於RISC精簡指令集和CISC復雜指令集。

隨著物聯網、5G、AI新興領域的興起，RISC-V和MIPS兩大精簡指令集架構也頻繁出現在我們的視野內。

所謂晶元，其實都是由半導體堆出來的硬體電路，晶體管越多往往代表性能和功能越強。但無論是超級計算機還是智能手環， 它們搭載的處理器都只能識別二進制數據 。

想讓這些晶元正常運行，處理復雜的應用場景，首先就要教會它們學會類似九九乘法表的「演算法口訣」和「數學公式」， 而這些演算法口御橋早訣/公式其實就是所謂的「指令集」 。

換句話說， 指令集的功能和效率（演算法口訣/公式的類型），在很大程度上就決定了各類晶元的成就和算力的上限 。

雖然海思麒麟、龍芯、兆芯、海光、紫光、澎湃等國產晶元都在各自領域取得了不俗的成績，但無論是它們，還是其他採用X86、ARM、MIPS、RISC-V、Alpha和Power，選擇封閉、授權還是開源的國產晶元項目，其底層的指令集根基都掌握在別人手裡。

因此， 只有從指令系統的根源上實現自主，才能打破軟體生態發展受制於人的枷鎖 。

好消息是，日前龍芯中科就正式發布了自主指令系統架構「Loongson Architecture」，簡稱為「龍芯架構」或者「LoongArch」。它包括基礎架構部分，以及向量擴展LSX、高級向量擴展LASX、虛擬化LVZ、二進制翻譯LBT等擴展部分，總共接近2000條指令。同時不包含龍芯此前使用的MIPS指令系統， 並具有完全自主、技術先進、兼容生態三個方面的特點 。

目前，採用LoongArch的龍芯3A5000處理器晶元已經流片成功，完整操作系統也已穩定運行，它能對多種國際主流指令系統的高效二進制翻譯鏈，並成功演示了運行基於其它主流指令系統的復雜應用程序。

LoongArch對MIPS指令的翻譯效率是100%性能，對ARM指令翻譯的效率是90%性能，對x86的翻譯效率是80%性能。

此外，龍芯中科還在聯合產業鏈夥伴在適當的時間建立開放指令系統聯盟，在聯盟成員內免費共享LoongArch及有關龍芯IP核。

所謂IP核，我們可以理解為ARM旗下的Cortex-A78和Cortex-A55等，後置都是基於ARMv8指令集打造的核心IP架構，並授權給了高通、三星、聯發科等晶元商開發SoC移動平台。

目前，ARM剛剛發布了ARMv9指令集，如果不出意外將在下半年發布的Cortex-A79和Cortex-X2架構就將採用這套指令集。

近10年來32位手機處理器都是基於ARMv7指令集打造，在A75之前的處理器則是基於ARMv8-A設計，隨後都是ARMv8.2-A一統江湖

ARM指令集可以細分為Cortex-A（ARMv-A）、Cortex-R（ARMv-R）和Cortex-M（ARMv-M），分別適用於不同類型的晶元

比如車載晶元使用的就是Cortex-R（ARMv-R）核心IP

總之， 設計出一個純國產的自主指令集只是萬里長征的第一步 ，關鍵是後續要做出懂這個指令集的CPU（已經有了龍芯3A5000），再往後還需要鎮雀讓和人類交互的「翻譯家」——編譯器懂這個指令集。也就是需要不斷完善軟硬體生態，讓我們熟悉的系統、辦公、 娛樂 和 游戲 程序都能運行在這套指令集打造的晶元之上。如果做不到這一步，國產指令集和相關晶元也只是空中樓閣而已、

作為國人，我們真心希望LoongArch這種國產指令集可以取得成功，今後無論手機、電腦、車載還是其消沖他半導體晶元都能以使用國產指令集為榮，並走向世界。

擴展小知識

那麼，指令集又是如何影響晶元執行效率的？

我們以RISC和CISC，讓它們分別執行「清潔地面」的命令為例，看看其背後的指令邏輯差異。

邏輯上，「清潔地面」的大概思路是先拿起掃帚，掃地；拿起簸箕，用掃帚把垃圾掃進簸箕；放下掃帚和簸箕，潤濕墩布；再用墩布擦地，直至清潔地面完成。

對CISC復雜指令集而言，很容易理解「清潔地面」這套邏輯，下達「清潔地面」命令後，就能按照規則和順序，一步步自動完成。

對於RISC精簡指令集而言，它一下子可理解不了如此復雜的邏輯，必須將復雜的邏輯順序拆分，然後按照一項項簡單的命令去完成復雜的操作。

比如，想讓RISC精簡指令集完成「清潔地面」命令，就必須依次下達「拿起掃帚」、「掃地」、「拿起簸箕」、「把垃圾掃進簸箕」、「放下掃帚和簸箕」、「潤濕墩布」、「墩地」……

看起來CISC復雜指令集方便又強大？沒錯，如果要同時清潔無數房間地面，你只要對著不同的房屋說「清潔地面」、「清潔地面」、「清潔地面」……即可。

而對RISC精簡指令集，你需要對著每個房間都重復一整套復雜的命令，如果下達指令的人嘴巴不夠快（帶寬不夠大），那清潔地面的效率自然受到影響，難以和CISC復雜指令集抗衡。

但是， 現實生活中，並非所有房間的地面都需要一整套的清潔流程，比如你只需要墩地一個步驟。

對RISC精簡指令集而言，你只需對著需要清潔的房間說「墩地」、「墩地」、「墩地」即可。而由於CISC復雜指令集沒有單獨的「墩地」動作，操作起來就要麻煩許多，完成相同的墩地操作會消耗更多資源，翻譯過來就是發熱更高更費電。

這就是RISC和CISC的本質區別。 說不上誰好誰壞，只能說它們所擅長的領域各不相同。

以ARM架構為代表的RISC精簡指令集，最適合針對常用的命令進行優化，賦予它更簡潔和高效的執行環境，對不常用的功能則通過各種精簡指令組合起來完成。

RISC是將復雜度交給了編譯器，犧牲了程序大小和指令帶寬，從而換取了簡單和低功耗的硬體實現。

對以X86架構為代表的CISC復雜指令集，則適合更加復雜的應用環境。

CISC是以增加處理器本身復雜度作為代價，以犧牲功耗為代價去換取更高的性能。不過，X86架構則可通過對新型指令集的支持（如SSE4.1、AVX-512等），在一定程度上提高指定任務的執行效率和降低功耗。

現在晶元領域是RISC攻，CISC守的格局。以蘋果M1為代表的ARM架構RISC指令集晶元正在染指傳統的X86 PC市場，而且大概率會取得成功。雖然以英特爾為代表的X86陣營曾多次試圖反擊Android生態（如早期的Atom晶元），但最終卻都以失敗告終。ARM最新發布的ARMv9指令集，就給了ARM晶元入侵X86 PC大本營更多彈葯，也許用不了多久Windows ARM版PC也將成為一個更加重要的PC品類。

B. hitechccompiler是什麼東西

HI-TECH是high technological高科技的意思：C compiler指的是C編譯器，PIC是單片機，所以就是高科技的C編譯器單片機。

高科技並不神秘，它其實就在我們身邊。它以人為本，是人類智慧的展現。撲面而來的高科技浪潮沖擊著、改變著人類社會生活的各個領域，也沖擊著、震撼著每個人的心。高科技關注每一個人，每一個人關注高科技。

高新科技在強烈地沖擊和改變著我們的生產方式和生活方式。同時也在深刻地影響著我們的國家安全.隨著科學技術的不斷發展，國家安全的內涵也在不斷擴大。

進入21世紀20年代以來，國家安全包括經濟安全、文化安全、國防安全、社會安全和生態安全等諸多方面，科學技術的發展對於這些方面的影響是巨大而深遠的。

介紹

一般認為，高科技是一種人才密集、知識密集、技術密集、資金密集、風險密集、信息密集、產業密集、競爭性和滲透性強，對人類社會的發展和進步具有重大影響的前沿科學技術。

通俗的理解，就是高科技必須進行產業化，才能形成產業規模效益。並且高科技無國界。需要全球高科技產業聯合應對人類共同的命運問題。

C. HI-TECHCCompilerforthePIC是什麼東西

HI-TECH是high technological高科技的意思：C compiler指的是C編譯器，PIC是單片機，所以就是高科技的C編譯器單片機。

高科技並不神秘，它其實就在我們身邊。它以人為本，是人類智慧的展現。撲面而來的高科技浪潮沖擊著、改變著人類社會生活的各個領域，也沖擊著、震撼著每個人的心。高科技關注每一個人，每一個人關注高科技。

從世界各國高科技的發展來看，高科技不是一個單項技術，而是科學、技術、工程最前沿的新技術群。這個群體的各種成分，互相影響，互相補充，互相促進。同時，由於高科技是與高技術產業連結在一起的，因此它又是科學、技術、生產一體化的生產體系，並且受到市場的大力推動。

除此之外，高科技也不同於一般科技意義上的所謂「經驗的積累」。它不是什麼積累起來的經驗，而是基於科學的發現或創造而產生的科技。

D. LLVM - 工具

LLVM工具通過調用LLVM的一部分庫，實現庫的功能，通常使用編譯器或者開發編譯器的人會用到這些工具。

這是一個在LLVM IR級別做程序優化的工具，輸入和輸出都是LLVM IR。編譯器，或者基於LLVM做優化的開發者通常會使用這一標准工具來查看優化的效果。它也提供了很多option, 可以執行某一特定的pass。

這是微觀意義上的LLVM編譯器，不同於gcc的編譯器，它的輸入是LLVM IR，輸出是匯編文件或者是目標文件。通過-filetype=asm或者-filetype=obj來指定輸出是匯編文件還是目標文件，若生成是目標文件，llc會調用LLVM中的匯編輸出的代碼庫來工作（注意這個匯編器和gcc的匯編器也不同，它輸入的是MI，是一種後端的中間表示）。除此之外，還可以用-On來指定優化級別（llc默認優化級別是-O2），或者其他一些參數。

（.bc文件換成.ll文件也可以）

這是LLVM匯編器，它輸入匯編文件，輸出目標文件, 類似於gnu中的as命令。同時，它也可以反匯編，指定特殊參數（–disassemble）就行。可以發現，llc和llvm-mc都會調用到輸出目標文件的庫，也就是MCObjectStreamer。

這個工具是LLVM IR的解釋器，也是一個JIT編譯器。LLVM可以把C語言翻譯成LLVM IR，然後解釋執行，與Java的那一套類似，這也是最初LLVM編寫時的實現（一個虛擬機運行IR）。

最早看到這個工具，以為是鏈接器，其實它是IR級別的鏈接器，鏈接的是IR文件。談到這里，可以說一下LLVM針對多個源文件編譯時的兩種目標碼輸出方式。

第一種是LLVM先通過前端把每個源文件單獨翻譯成IR級別，然後用llvm-link鏈接成一個IR，然後再經過優化、後端等步驟生成目標文件，使用llvm-link的同時，可以使用鏈接時優化。不過需要注意，這種方式同樣需要最終調用鏈接器，將這個目標文件鏈接成可執行文件。

第二種是LLVM通過前端把每個源文件單獨翻譯後，再單獨經過優化、後端等工作，將每個源文件生成目標文件，之後再調用鏈接器，將所有目標文件鏈接成可執行文件。

這是針對LLVM IR的匯編器，其實名字里帶as，實際上不是gcc那個as，它的功能是將.ll文件翻譯為.bc文件，LLVM項目里，.ll稱為LLVM匯編碼，所以llvm-as也就是IR的匯編器了。

與llvm-as剛好相反，IR的反匯編器，用來將.bc文件翻譯為.ll文件。

最後也提一下clang，它也是現在LLVM項目中一個很重要的前端工具。clang能夠調用整個編譯器的流程，也就是上邊其他工具調用的庫，它很多都同樣會調用。clang通過指定-emit-llvm參數，可以配合-S或-c生成.ll或.bc文件，這樣我們就能把Clang的部分和LLVM的後端分離開來獨立運行，對於觀察編譯器流程來說，很實用。

還有一些其他工具，就不舉例了，可以查看LLVM項目路徑下/src/tools/中查看。