龙芯的LoongArch是真正独立自主的指令集吗？
首先，咱们得明白什么是“独立自主”指令集。在CPU领域，指令集就像是CPU能听懂的语言。x86（Intel、AMD用）、ARM（手机、平板、服务器广泛用）是目前最主流的两大指令集家族。如果你要自己设计一套CPU，并且想让它能运行软件，你就得自己定义一套指令。
“独立自主”在这里，你可以理解为：
1. 原创性：指令的架构、编码、功能是不是从零开始自己设计的，而不是大规模借鉴或完全复制别人的？
2. 可扩展性与兼容性：有没有一套机制，让它能够在未来不断迭代、增加新功能，并且能向前兼容，让过去的软件还能跑？
3. 生态建设：能不能支撑起一套完整的软件生态，包括操作系统、编译器、应用软件等等？
LoongArch是怎么来的？
龙芯的LoongArch，它的前身是MIPS指令集。MIPS是一个非常经典的RISC（精简指令集）指令集，曾经在嵌入式设备、路由器、高性能计算领域有过很高的占有率。龙芯早期就是基于MIPS指令集进行CPU设计的。
那么，LoongArch和MIPS是什么关系？用一个比较形象的比喻：如果MIPS是一个“菜谱”，那LoongArch就像是在这个菜谱的基础上，进行了一系列的“改良”、“创新”，甚至“加入了自己的独门秘方”，最终形成了一套“新菜谱”。
LoongArch的“自主”体现在哪里？
1. 指令集的修改与扩展：龙芯并没有简单地拿来MIPS的指令集就用。在MIPS的基础上，LoongArch做了大量的修改和增强。
指令格式的重新设计：为了优化性能、提高效率，LoongArch对指令的长度、编码方式进行了调整。
新增向量指令集（SIMD）：这部分是LoongArch的一个重点。它引入了自己设计的向量指令，类似于ARM的NEON，用于加速科学计算、多媒体处理等。龙芯为此专门设计了“LoongISA”和“LoongVM”等扩展。
内存模型、特权级等方面的改进：在操作系统和底层运行时，指令集的设计需要考虑内存访问顺序、安全性和权限管理等核心问题，LoongArch在这方面也进行了自主的定义和设计。
支持64位：MIPS有64位版本，但LoongArch在设计时就明确了以64位为基础，并且围绕64位进行了优化。
2. 自主的指令编码：指令集最核心的部分是指令的编码。LoongArch有自己独特的指令编码规则。这意味着，其他指令集（如x86、ARM）的二进制代码，直接在LoongArch处理器上是跑不通的。要让软件跑在LoongArch上，就必须通过编译器重新编译。
3. 自主的架构设计：指令集不仅仅是指令本身，它还包括了CPU的架构设计，比如寄存器组织、流水线结构、缓存管理等。龙芯在设计LoongArch的同时，也完成了其CPU核心架构的自主设计。
“独立自主”的边界在哪里？
这里就需要更细致地去辨析了。
“完全原创” vs “基于成熟体系发展”：要说LoongArch的指令集是一张白纸，从头开始画，那可能不太准确。它确实是在MIPS这个成熟体系的基础上，进行了大量的重构和创新。就好比一个学生，不是从小学读起，而是以大学的知识为基础，再进行深入研究和发展。这种“在现有基础上创新”在技术领域是很常见的，也是非常高效的。关键在于创新和自主的程度。
生态的挑战：虽然LoongArch拥有自主的指令集，但它面临最大的挑战仍然是如何构建一个完整的、繁荣的软件生态。这不仅仅是指令集本身的问题，还包括了操作系统（如LoongNix）、编译器（GCC、LLVM）、各种应用软件的适配和移植。一个指令集再好，如果上面跑不了足够的软件，那价值也会大打折扣。
总结一下：
LoongArch指令集，可以称之为是具有高度自主性和原创性的指令集。它不是简单地“套用”MIPS，而是在MIPS的理念和基础上，进行了大量的、深层次的修改、增强和创新，拥有自己独特的指令编码和架构设计。
这种自主性体现在：
指令集的设计和演进方向由龙芯自主掌控。
指令的二进制编码是原创的。
围绕指令集进行的全套CPU核心架构自主设计。
它的“自主”不是“从零到零的完全独立”，而是在吸收前人经验的基础上，通过大量的自主研发和创新，形成了一套自己能够完全控制、自主演进的指令集体系。这在CPU领域，尤其是在希望打破国际垄断、实现核心技术自主可控的背景下，是非常重要且了不起的成就。
要让LoongArch真正“强大”并被广泛接受，接下来的重点就在于生态建设。但就指令集本身而言，它的自主性是毋庸置疑的。
网友意见
首先，龙芯中科的LoongArch已经向GNU组织注册了 ELF machine，值为 258，意味着龙芯拥有了独立的 Linux 主线支持，而不需要像以前那样为了兼容MIPS，GNU组织甚至拒绝龙芯提交的部分只适用于 LoongISA 的补丁。
来自GNU组织的认可，从侧面证明了龙芯的LoongArch是一种没有知识产权风险，独立自主的CPU架构（指令集），今后所有的开源项目，理论上都可以直接在上游就分出独立的LoongArch分支，不需再为了兼容MIPS，而在优化代码时缩手缩脚。
其次，LoongArch的中断模型被ACPI接收，成为继x86、ARM64之后的第三种ACPI支持的CPU架构，而MIPS和ARM32，以及RISC-V都没有成为ACPI规范的国际标准。
最后，龙芯的专利数量不少，并且都是高质量专利，所有专利都是龙芯团队独立研发的成果，构成了可与其它架构对抗和防御的专利墙。
更详细的说明参见以下内容，均为复制粘贴，来源于龙芯中科官网：
一、龙芯中科的知识产权
知识产权是龙芯中科发展的基石。近二十年来，龙芯中科在专利申请上持续累积，稳定增长，并保持着95%以上的发明专利授权率。在专利布局上，龙芯中科已从CPU逐步覆盖至生态建设的多个方面。在包括美国、欧洲、日本、韩国、加拿大在内的全球重点国家和地区，龙芯中科均有专利布局。到2020年底，龙芯中科已经拥有七百余项国内外专利申请、二十余项集成电路布图设计登记、一百余项软件著作权登记和一百五十余项授权商标。
值得关注的是，在CPU指令系统和微结构设计方面，龙芯中科的专利数量在国内集成电路企业中名列前茅。并且，龙芯中科在指令系统和微结构设计方面的专利均属于保护龙芯核心技术且具备较高技术价值、市场价值和法律价值的专利，上述两个类别的发明专利授权率高达99%。
近期，龙芯中科发布的龙芯自主指令系统架构LoongArch，均提前完成了相关专利的布局。在商标保护方面，LoongArch商标也已经成功注册。
在LoongArch（指令系统）的知识产权保护方面，除了针对指令系统相关技术进行专利布局外，龙芯中科还委托国内知名知识产权评估机构，将LoongArch与ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等国际上主要指令系统有关资料和几万件专利进行深入对比分析，最终未发现LoongArch基础架构对上述国际主要指令系统中国专利的侵权风险。针对基于LoongArch打造的龙芯3A5000处理器，所布局的专利申请已达到几百项，已申请专利技术内容涉及指令系统、微结构设计、测试、验证等多个方面。
二、龙芯自主架构中断模型成为ACPI国际标准
2021年4月1日，龙芯架构（LoongArch）下的中断模型被正式批准写入ACPI规范，成为继x86、ARM64架构之后，第三种ACPI规范支持的CPU架构。
ACPI为何成为市场通用性规范
ACPI是高级配置及电源管理接口规范的英文缩写，至今已发展到6.4版本。在原有的APM、PNP BIOS、MP等规范的基础之上，ACPI统一形成了适用于各整机厂商、固件厂商、操作系统厂商的协议规范，打破了原有规范协议各自分散，互不通用的局面。通过ACPI表的配置，ACPI规范可实现不同硬件设计需求的灵活配置和以操作系统为主导的电源管理，操作系统因此可以兼容不同硬件的设计，实现电源管理硬件与操作系统的独立创新，极大地促进了通用PC和服务器行业的发展。
龙芯中科为加入ACPI所做的努力
为更好地服务产业链伙伴，延伸龙芯自主架构的适用面积，扩大自主生态建设，龙芯中科决定告别原MIPS架构下的自有标准，与市场主流规范接轨，经过1年多的研发攻关，龙芯中科已在处理器、芯片组、外设配置及运行时阶段全面支持ACPI规范，实现了相关软件的标准化配置，增强了整机硬件与操作系统的兼容性。
在适配ACPI规范的研发过程中，龙芯中科研发人员发现当前的ACPI规范在中断模型的规定上，不适用于龙芯LoongArch架构平台。为了解决多核枚举和中断控制器枚举的问题，龙芯团队创建了独立于x86、ARM64的第三套中断模型，通过修改ACPI公共框架，自主定义中断控制器结构，完成了在Linux内核、UEFI固件、ACPICA的验证。
在中断模型中龙芯中科自主定义了7种中断控制器结构：CORE PIC（处理器核中断控制器）结构、LIO PIC（传统IO中断控制器）结构、EIO PIC（扩展IO中断控制器）结构、HT PIC（HT中断控制器）结构、BIO PIC(桥片中断控制器)结构、MSI PIC（MSI中断控制器）结构、LPC PIC（LPC中断控制器）结构，7种中断结构可完整描述龙芯通用处理器中断系统的拓扑关系，并兼容了龙芯下一代中断模型。龙芯中断模型为龙芯通用PC、服务器领域的整机设计过程中提供了统一的中断配置方法，在遵循ACPI规范的龙芯平台通过定义的各级中断控制器结构可实现中断控制器的级联，从而实现同一操作系统对不同硬件平台中断系统的兼容性。
为了将验证后的龙芯中断模型在LoongArch架构处理器上实现产品化，并推向Linux内核社区，龙芯中科向国际ACPI工作组提交了申请，将LoongArch架构的中断模型写入规范，为龙芯中断模型在Linux内核中的规范化奠定基础，为Linux内核上游社区支持规范化的龙芯中断系统提供依据。后期，该中断模型将随LoongArch一并提交社区，吸收汇集广大开发者的智慧。
为推动ACPI规范申请尽快落实，龙芯团队负责人从春节开始，每周定期参加ACPI工作组线上评审会议，与工作组评审人员讨论龙芯中断模型的级联原理及每种中断控制器结构的中定义的元素。经过近2个月的反复沟通，以及对评审意见的及时改进，龙芯团队在4月1日当天正式收到批复确认通知“Approved as new content without changes”，ACPI规范将从6.5版本开始支持龙芯中断模型。
从自有标准到行业标准，此次入选，是龙芯平台中断模型发展的一小步，但更是龙芯自主生态与市场接轨的一大步。未来，龙芯中科还将继续参与ACPI、UEFI等相关行业标准的制定，发挥市场主导作用，承担企业责任，与龙芯生态伙伴一起，共筑开放的龙芯生态体系。
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