老古董计算机研究从 Lemote Yeeloong 到龙芯芯片的发展历程2026 年 6 月 27 日星期六让我们一同走进老古董计算机的世界探索使用 Lemote Yeeloong 笔记本电脑和 OpenBSD 所面临的挑战。瞧[GNU 大师](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GNU_and_Stallman_2012.JPG)照片由 Habib Mhenni 拍摄来自维基共享资源采用 CC BY - SA 3.0 许可协议。真正的启迪或许只源于真正自由的计算机体验尽管对于理查德·斯托曼Richard Stallman个人每个极客都有自己的看法但不得不承认他言行一致。瞧他面前的这台笔记本电脑就是[精心挑选](https://stallman.org/stallman-computing.html)的它无需二进制固件其固件可自行检查或替换并且运行着他所钟爱的完全开源的操作系统。至于它搭载的是中国研发的 MIPS64 衍生芯片这无疑只是散热片上的一个小亮点。就我而言这台采用 MIPS 架构的系统让我迫切地想将其纳入我的独特笔记本收藏。而且由于[它能运行 OpenBSD](https://www.openbsd.org/loongson.html)这似乎是一种用一台电脑同时满足两个极客需求的好方法我平时主要使用 NetBSD 作为我的 BSD 系统和服务器操作系统所以我觉得这也是一个在高度便携的上网本上通过不常见的平台学习 OpenBSD 的好机会。当然和往常一样整个过程比我预想的要漫长很多而我坚持走不寻常的路比如强制它从 SD 卡插槽启动尝试从源代码构建浏览器更是让这个过程变得复杂。不过在开始之前我们先来聊聊这台电脑里为什么会有中国研发的 MIPS 衍生芯片。这当然不是我们接触的第一台 MIPS 笔记本电脑我们有一篇很受欢迎的文章是关于[IBM 的非传统 MIPS ThinkPad](http://oldvcr.blogspot.com/2022/09/the-mips-thinkpad-kind-of.html)而且我们的一些 Sun Ray 笔记本电脑也使用了 MIPS 架构其中一台[还能轻松获取 root 权限](http://oldvcr.blogspot.com/2023/04/of-sun-ray-laptops-mips-and-getting.html)。但这是我们在 Floodgap 总部拥有的第一台 64 位 MIPS 笔记本电脑也是最小的一台其处理器的来历更是引人入胜。我得说明一下虽然该系列的后期芯片在英文资料中有比较详细的记录但早期的芯片大多只有中文资料而我的中文翻译能力比日语能力还差。不过这些早期芯片正是我们寻找答案的关键所以我会尽力而为。当中文原始资料和西方二手报道存在分歧时这种分歧还不少出于显而易见的原因我通常会优先参考前者的说法。如果有不准确的地方还请见谅。谢谢。长期以来中华人民共和国一直将自主技术发展作为确保国家独立于外国利益的重要手段早期的电子技术发展主要集中在国防领域。然而20 世纪 80 年代中国政府意识到自己在新技术发展方面逐渐落后例如美国的战略防御倡议SDI该计划不仅致力于在太空中拦截核弹还通过 SDI 组织为基础科学研究投入了大量资金与此同时苏联、日本和欧洲也有类似的举措。为此中国最高领导人邓小平推出了 863 计划该计划因 1986 年 3 月正式向中国政府提出而得名当时多位科学家和工程师在邓小平的明确支持下提出了这一计划。据说他在报告上批示“此事宜速作决断不可拖延。”863 计划正式名称为国家高技术研究发展计划该计划聚焦于多个领域的科学技术应用包括生物技术、航天、激光、自动化、能源、新材料和信息技术为期十五年。它成为国家政策的一部分纳入了第七个五年计划以及后续的五年计划并在 1988 年成为中国最重要的工业研发项目。尽管领导层对半导体技术十分关注但在整个 20 世纪 90 年代外国处理器设计在中国市场仍占据主导地位。由于缺乏先进的制造和设计能力早期的行业领先优势难以逾越。到了 21 世纪初ARM 和英特尔等成熟企业在中国市场占据了绝对的市场份额。因此尽管此前已经存在一些本土微处理器设计和克隆产品但中国研发的、能与市场领先者竞争的 CPU 经过了数十年才得以出现。2001 年中国科学院计算技术研究所ICT在首席架构师胡伟武的带领下开始研发一款新的高性能芯片该项目由第十个五年计划和 863 计划的延续提供资金支持此时 863 计划在江泽民的领导下已转变为一个长期的研发项目。这款芯片正式名称为龙芯通常拼音写作 Longxīn意为 龙的核心开发者将其音译为 Godson发音有点像 狗粮 或 适合狗吃的食物。不过我知道中文里有很多双关语像我这样拿着字典、有语言学学位的白人可能没理解对这个词的含义。假设这个含义是正确的这种故意使用贬义词的做法可能源于古老的迷信即给孩子取不好听的名字让邪灵不愿意伤害他们这样新芯片就能顺利度过初期阶段同时也符合[“吃自己的狗粮”](https://en.wikipedia.org/wiki/Eating_your_own_dog_food)这一理念。为了让 Godson 芯片尽快投入使用ICT 的设计师们评估了现有的架构最终选择了 32 位的 MIPS II。它广为人知且使用限制较少仍有软件支持而且一开始不需要在竞争激烈的 x86 市场中竞争。然而由于该芯片旨在商业化项目管理者需要确保设计具有可保护的知识产权。因此MIPS 的[Load/Store Left/Right Word](https://devblogs.microsoft.com/oldnewthing/20180409 - 00/?p 98465)非对齐内存访问指令当时[仍受专利保护](https://patents.google.com/patent/US4814976A/en)被从规格中移除。基于这个规格团队开发了一个模拟器并于 2001 年 8 月 19 日首次启动了 Linux这一天也被视为芯片的“生日”。最初的论文本文上方标题为“Godson - 1 通用 CPU 芯片的研发”的图片就来源于此描述了“微架构的大胆创新”论文原话例如动态流水线和通过早期形式的不可执行位来硬件缓解缓冲区溢出问题这在任何 MIPS 架构的 CPU 中都是首次出现。设计从 Verilog 模拟逐步发展到低速 FPGA 原型然后进行进一步优化以进行流片最终成为早期的硬件你可以在右下角看到一个原型逻辑板、芯片和迷你塔式完整系统。最终Godson - 1 于 2002 年 9 月 28 日由 BLX 集成电路设计有限公司正式推出这是一家由 ICT 和江苏中意集团成立的无晶圆厂合资企业。该芯片在 4 毫米见方的管芯上集成了 400 万个晶体管由上海的中芯国际集成电路制造有限公司采用 180 纳米工艺制造有六层金属。它通过自定义主板将时钟信号加倍以高达 266MHz 的频率运行其七级流水线功耗低于 1 瓦在 200MHz 时为 0.4W。指令和数据各有 8K 的 L1 缓存支持寄存器重命名仅整数寄存器有额外的 8 个、分支预测、动态调度和乱序执行配备一个内存访问单元、两个定点单元和两个支持有限 SIMD 形式的浮点单元。与 SGI MIPS 不同Godson - 1 只支持小端模式并且提供了 Red Hat Linux 7.1 和 VXWorks 的移植版本。设计师估计在 200MHz 时其性能与当时已有五年历史、配备 180MHz R5000 的 SGI O2 相当但由于缺乏 L2 缓存支持、节点尺寸较大以及电路设计相对简单性能受到了一定影响。不过它确实存在并且正在生产还能运行真正的代码。Godson - 1 的成功推出自然让其国内支持者和中国政府感到高兴但有一家公司却笑不出来那就是 MIPS 技术公司MIPS Technologies。该公司于 1998 年 3 月由前所有者硅图公司Silicon Graphics剥离出来专注于嵌入式市场。MTI 非常不满的原因是BLX 将 Godson - 1 宣传为“类 MIPS”产品但却没有获得 ISA 许可也没有使用该品牌的授权而且两者并不直接兼容。然而他们的反对并没有阻止 AMD 在 2003 年 12 月与 BLX 在北京成立联合开发中心以生产基于 Godson - 1 和获得 MIPS 许可的Alchemy Au1500 的瘦客户端Alchemy Au1500 是[我们的 Sun Ray 2 笔记本电脑](http://oldvcr.blogspot.com/2023/04/of-sun-ray-laptops-mips-and-getting.html)的主要芯片。虽然 Godson - 1 本身作为网络计算机的应用有限但其 GS232 核心后来成为了许多后续嵌入式核心以及耐热和抗辐射变体的基础。与此同时ICT 早在 2002 年就开始研发适用于个人电脑的 64 位版本采用了类似于 1995 年 R10000 的设计升级到了 MIPS III。在 2005 年接受《微处理器报告》Microprocessor Reports采访时首席架构师胡伟武表示该芯片的目标是成为“非常低成本 PC”的 CPU让大多数中国人都能买得起可运行“高端嵌入式应用和低端桌面应用”。新的 Godson - 2 是 4 路超标量架构支持乱序执行拥有更长的九级流水线以实现更高的时钟速度还配备了 64K 的四路关联 I - 缓存和 D - 缓存、64 项的转换后备缓冲区从 48 项增加、64 个通用寄存器GPR和浮点寄存器FPR以实现更有效的寄存器重命名并且支持高达 8MB 的外部 L2 缓存同时保留了 Godson - 1 每页面的不可执行位。扩展的分支预测硬件通过 4K 项的分支历史表、9 位的全局历史寄存器、四项的返回地址栈和 16 项的分支目标缓冲区来补偿更大的流水线延迟但仍然保留了相同的单个内存访问单元以及两个整数和浮点单元并增加了一些自定义 SIMD 指令不幸的是这些指令与基本的 MIPS ISA 存在冲突。Godson - 2 的第一个版本后来被追溯为 Godson - 2A在流片过程中因寄存器文件实现问题而失败因此需要用自定义的寄存器文件替换最终于 2003 年推出了 Godson - 2B。Godson - 2B 由中芯国际采用相同的 180 纳米工艺和六层金属制造但由于 ICT 持续尽管程度有所降低使用标准单元导致其使用的晶体管数量比更精简的设计要多1350 万个晶体管的管芯相应地增大到 6.7 毫米×6.2 毫米。它可以以高达 500MHz 的频率运行功耗约为 4W在 400MHz 时为 2 - 3W。Godson - 2B 发布后其发展并不顺利。2004 年 10 月推出的 Godson - 2C 进一步简化了设计据说运行速度提高了约三倍但 Godson - 2D 计划将工艺缩小到 130 纳米时出现了严重的流片问题未能投入生产。到 2005 年情况变得“十分危急”胡伟武原话团队决定直接跃进到 90 纳米工艺来开发 Godson - 2E并邀请意法半导体STMicroelectronics作为合作伙伴和设计顾问。2006 年 3 月推出的新芯片在 6.8 毫米×5.2 毫米的管芯上集成了 4700 万个晶体管但工艺缩小使芯片首次达到了 1GHz 的频率同时功耗仅约为 5W。通过移除不可执行位逻辑节省了管芯空间并且片上 512K 的 L2 缓存和集成的 DDR 内存控制器进一步提升了性能。Godson - 2E 的进步终于使其足以驱动一款国产低成本计算机正如胡伟武和 ICT 团队所计划的那样。2006 年 6 月另一家合资企业成立这次是 ICT 与新合作伙伴江苏梦兰集团合作江苏龙梦科技有限公司航天龙梦意为“航天龙的梦想”简称龙梦。龙梦的第一款计算机产品是 10 月推出的小型桌面电脑福珑 2E福瓏它运行着意法半导体制造的 667MHz CPU以提高良品率。该电脑设计为价格低廉使用现成的组件快速上市配备 256MB 的 DDR SDRAM、Realtek 8139D 以太网、40 或 60GB 的 IDE 硬盘、四个 USB 2 端口和 ATI Radeon 7000 GPU。值得注意的是福珑运行的是本地化的 Linux 系统使用经过修改的开源 PMON 引导加载程序我们稍后会详细介绍。随着新产品和新公司的出现该芯片家族也有了新的商业品牌——龙芯Loongson使用相同的中文字符但更接近标准的音译并明显采用了龙的主题进行市场推广。实际上中文里“福珑”这个名字有“龙的祝福”的意思再次提醒我是白人翻译的内容别太当真。Godson 这个名字则作为学术名称保留下来。意法半导体在 12 月正式收购了该芯片与 ICT 和 BLX 共同投资 3000 万元人民币并支付每单位的版税获得了为期五年的独家协议。合同条款允许他们生产龙芯 2E 和即将推出的龙芯 2F但 2E 的基于 FPGA 的 Bonito 北桥在大规模生产时成本较高只有福珑 2E 实际使用了该处理器。龙芯 2F 通过在芯片上集成修改后的 Bonito 北桥和 133MHz PCI - X 控制器解决了这个问题形成了一个 5100 万个晶体管的芯片ICT 将其称为 GS464 核心。该芯片于 2007 年 7 月 31 日进行流片准备大规模生产。作为 MIPS 技术公司与 ICT 协议的一部分意法半导体为其龙芯产品购买了 MIPS 许可使得龙芯 2F 首次能够被正式宣传为“MIPS 兼容”产品。该公司生产了两种形式的 2F早期的 STLS2F01 和更为常见的 STLS2F02两者略有差异但都使用相同的 27×27×2.9 毫米散热片覆盖在 416 引脚倒装芯片球栅阵列上。龙梦迅速将 2F 应用到产品中2008 年 6 月推出了升级后的福珑 2F。它采用 1GHz 的龙芯 2F配备 512MB 的 DDR2 SDRAM、120GB 的硬盘、四个 USB 2 端口、XGI V2 显卡、Realtek 8110SC 千兆以太网和 AMD CS5536 南桥提供 IDE、USB 和 AC97 编解码器售价为 1800 元人民币当时约合 257 美元按 2026 年的货币价值约为 400 美元。与此同时一款更小的系统已经在研发中而龙芯 2F 的低功耗特性使其成为可能。2008 年 10 月发布的龙梦逸珑Yeeloong是第一款基于龙芯的笔记本电脑盒子正面甚至明确写着“世界上第一款使用龙芯处理器的笔记本电脑”。它由广达电脑Quanta代工生产旨在直接与 2007 年的华硕 Eee PC 竞争其设计明显借鉴了这款受欢迎的上网本的外形甚至使用了与 Eee 900 系列相同尺寸的 1024×600 LCD 屏幕。盒子右侧的标语“创新让龙的梦想成真”在包装的多个地方都有出现。这台笔记本是我在 eBay 上购买的几乎是全新的还装在原来的盒子里。逸珑最初至少有两种主要型号和多种子配置。8089 系列有黑色和白色可选配备 8.9 英寸、1024×600 的 TFT LCD 屏幕、SiliconMotion SM712 显卡4MB VRAM、Realtek 8139D 10/100 以太网和 8187B 802.11b/g Wi - Fi还有一个 SDSDHC卡插槽、扬声器和麦克风、音频输入/输出端口、VGA 输出以及 AMD CS5536 南桥。在当时这些配置算不上豪华但和福珑一样它必须价格低廉因为对于其商业支持者更不用说政治支持者来说让普通中国消费者希望也包括国际消费者能够买得起这台机器更为重要。基础型号似乎是这款 8089A它运行着降频至 800MHz 的 STLS2F02配备标准的 512K L2 缓存、两个 USB 2.0 端口、2GB 的 SSD 和 512MB 的 RAM标签上也有相应说明8089D 与 8089A 相同但配备 8GB 的 SSD 和 1GB 的 RAM。另一方面8089B 是较为豪华的子配置增加了 160GB 的硬盘、第三个 USB 端口、1GB 的 RAM 和一个 30 万像素的内置摄像头。令人困惑的是它们底部都标有“8089_C”中间有下划线只有盒子才能显示实际的子配置。最高端且更为罕见的 8101B 型号使用 10.1 英寸的 TFT 屏幕但 LCD 分辨率相同其他配置与 8089B 相同。虽然后来有一款使用不同 CPU 的逸珑但我们最后再讨论。盒子底部有一张产品照片和更多的宣传信息。左上角的手写文字大致是“使用简便造型精美”这句话在多个地方都有出现。列表中的要点在另一个“创新”标语下大致如下“龙芯 2F 高性能处理器”“移动便携绿色节能精致优雅”“自主设计防病毒安全无忧”“开放式架构功能齐全性能卓越”底部写着“我们不断努力打造高品质国产产品”