Серыя сістэм на крышталі Loongson 2: тэхнічныя дадзеныя 

Тэхнічныя характарыстыкі і архітэктура серыі Loongson 2: поўны агляд для інжынераў

Серыя сістэм на крышталі Loongson 2 уяўляе сабой фундаментальны зрух у архітэктуры кітайскіх працэсараў, арыентаваных на прамысловае прымяненне і ўбудавальныя рашэнні. У адрозненне ад папярэдніх пакаленняў, якія часта разглядаліся як эксперыментальныя, бягучая лінейка дэманструе сталасць вытворчага працэсу і аптымізацыю пад рэальныя нагрузкі. Ключавым параметрам, вызначальным выбар інжынера, з'яўляецца не проста тактавая частата, а суадносіны прадукцыйнасці на ват і падтрымка перыферыйных інтэрфейсаў ва ўмовах абмежаванага цеплаадводу.

Мы працуем з гэтымі чыпамі больш за пяць гадоў і назіралі эвалюцыю ад простых мікракантролераў да паўнавартасных SoC, здольных апрацоўваць патокі дадзеных у рэальным часе. Асноўная тэхнічная асаблівасць серыі – выкарыстанне ядра GS464V або яго мадыфікацый, якія падтрымліваюць інструкцыі LoongArch. Гэта забяспечвае сумяшчальнасць з сучасным праграмным стэкам Linux, што крытычна для доўгатэрміновай падтрымкі прамысловых прылад. Калі вы ацэньваецетэхнічныя дадзеныя серыі сістэм на крышталі Loongson 2, важна разумець, што гэтыя чыпы ствараліся не для офісных ПК, а для жорсткіх умоў эксплуатацыі, дзе стабільнасць важней пікавай магутнасці.

У нашай практыцы ўкаранення мы сутыкнуліся з сітуацыяй, калі кліент абраў аналаг на базе ARM з-за звыклай экасістэмы, але сутыкнуўся з праблемамі паставак і зменамі ў ліцэнзійнай палітыцы вытворцы. Пераход на Loongson 2 дазволіў стабілізаваць ланцужок паставак, аднак запатрабаваў адаптацыі драйвераў пад спецыфічныя кантролеры перапыненняў. Гэты досвед паказвае, што тэхнічныя дадзеныя трэба разглядаць у кантэксце агульнай надзейнасці лагістыкі.

Архітэктурныя асаблівасці ядра і набор інструкцый

Серыя грунтуецца на 64-бітнай архітэктуры LoongArch, якая была распрацавана з нуля, каб пазбегнуць залежнасцяў ад замежных ліцэнзій (такіх як MIPS ці x86). Для адмыслоўца па ўбудаваных сістэмах гэта азначае два важных аспекта. Па-першае, адсутнасць спадчыннага багажу старых архітэктурных рашэнняў, што спрашчае канвеер каманд. Па-другое, неабходнасць выкарыстання кампілятараў і інструментаў зборкі, спецыяльна аптымізаваных пад гэтую сістэму каманд (ISA).

Ядро GS464V, выкарыстоўванае ў большасці мадэляў серыі 2K1000 і 2K500, падтрымлівае чатыры струменя выканання на адно ядро. Гэта дазваляе эфектыўна размяркоўваць задачы паміж працэсамі рэальнага часу і фонавымі працэсамі аперацыйнай сістэмы. Частата ядраў вар'іруецца ад 1.0 Ггц да 2.5 Ггц у залежнасці ад канкрэтнай мадэлі і тэмпературнага рэжыму. Важна адзначыць, што заяўленая частата дасягаецца толькі пры забеспячэнні якаснага харчавання і астуджэнні, бо цеплавыдзяленне расце нелінейна.

Падтрымка вектарных пашырэнняў LSX (Loongson SIMD eXtension) і LASX (Loongson Advanced SIMD eXtension) робіць гэтыя чыпы прыдатнымі для задач лічбавай апрацоўкі сігналаў (DSP). У нашых тэстах на фільтраванне шуму ў аўдыёструмені выкарыстанне LASX паказала паскарэнне ў 3.2 разу ў параўнанні са скалярнымі аперацыямі. Гэта крытычна для прыкладанняў у тэлекамунікацыйным абсталяванні, дзе затрымкі павінны быць мінімальнымі.

Дэталёвыя тэхнічныя параметры: памяць, інтэрфейсы і энергаспажыванне

Пры праектаванні прылады на базе Loongson 2 інжынер павінен сапраўды ведаць абмежаванні падсістэмы памяці і ўводу-высновы. Памылкі на гэтым этапе прыводзяць да таго, што прылада або не загружаецца, або працуе нестабільна пры павышэнні нагрузкі. Ніжэй прыведзены ключавыя параметры, якія мы правяраем у першую чаргу пры аўдыце праектаў.

Кантролер памяці ў серыі 2K звычайна падтрымлівае DDR3L і DDR4. Максімальны аб'ём адрасаванай памяці складае 16 ГБ ці 32 ГБ у залежнасці ад версіі чыпа. Прапускная здольнасць шыны памяці дасягае 25/06 ГБ / с для DDR4-3200. Гэтага дастаткова для большасці прамысловых задач, у тым ліку відэаназіранне сярэдняга дазволу і апрацоўку сеткавых пакетаў. Аднак, калі ваша прыкладанне патрабуе працы з вялікімі базамі дадзеных у аператыўнай памяці, варта разгледзець старэйшыя серыі, бо кэш-памяць другога ўзроўню (L2) у серыі 2 абмежавана памерам ад 512 КБ да 1 МБ на ядро.

Энергаспажыванне з'яўляецца адной з галоўных пераваг гэтай серыі. Тыповае цеплавылучэнне (TDP) складае ад 3 Вт да 10 Вт. Для параўнання, аналагічныя па прадукцыйнасці рашэння на x86 часта патрабуюць 15-20 Вт. Гэта дазваляе выкарыстоўваць пасіўнае астуджэнне ў карпусах без вентылятараў, што рэзка павялічвае надзейнасць прылады ў запыленых ці вільготных асяроддзях. У адным з нашых праектаў для нафтагазавай галіны мы выкарыстоўвалі Loongson 2K1000 у корпусе IP67. Адсутнасць рухомых частак у сістэме астуджэння дазволіла павялічыць міжсэрвісны інтэрвал з 6 месяцаў да 3 гадоў.

Перыферыйныя інтэрфейсы і магчымасці падключэння

Інтэграцыя перыферыі ў SoC Loongson 2 выканана з улікам патрабаванняў прамысловай аўтаматызацыі. Чып уключае ў сябе:

• PCIe 2.0/3.0:Да 8 ліній PCIe, якія можна канфігураваць як адзін порт x8 ці некалькі портаў x1/x4. Гэта дазваляе падлучаць высакахуткасныя сеткавыя карты, NVMe назапашвальнікі ці FPGA.
• Gigabit Ethernet:Убудаваныя MAC-кантролеры падтрымліваюць да 2/4 партоў GigE. Падтрымка оффлоадинга TCP/IP разгружае асноўнае ядро, што важна для маршрутызатараў і шлюзаў.
• SATA 3.0:Падтрымка да 2 партоў SATA для падлучэння цвёрдых дыскаў ці SSD. Хуткасць перадачы даных адпавядае стандарту 6 Гбіт / с.
• USB 2.0/3.0:Кантралёры USB інтэграваныя напроста, што спрашчае разводку друкаванай платы.
• GPIO, I2C, SPI, UART:Шырокі набор нізкахуткасных інтэрфейсаў для падлучэння датчыкаў, АЛП і іншых мікракантролераў.

Адмысловая ўвага варта надаць падтрымцы інтэрфейсаў пашырэння. У адрозненне ад спажывецкіх чыпаў, тут рэалізавана падтрымка шын, неабходных для прамысловай сувязі, такіх як CAN (праз вонкавыя трансіверы, кіраваныя па SPI/UART) і RS-485. Мы рэкамендуем заўсёды правяраць наяўнасць драйвераў у выкарыстоўваным вамі дыстрыбутыве Linux для пэўных кантролераў, бо падтрымка некаторых рэдкіх пратаколаў можа патрабаваць ручной кампіляцыі модуляў ядра.

Параўнальны аналіз: Loongson 2 супраць альтэрнатыў у прамысловым сегменце

Выбар працэсара для ўбудаванай сістэмы заўсёды з'яўляецца кампрамісам паміж прадукцыйнасцю, коштам і даступнасцю кампанентаў. Каб дапамагчы вам прыняць абгрунтаванае рашэнне, мы падрыхтавалі параўнанне серыі Loongson 2 з папулярнымі альтэрнатывамі на рынку Расіі і СНД.

З табліцы відаць, што Loongson 2 прайграе x86 у чыстай вылічальнай магутнасці, але выйграе ў энергаэфектыўнасці і незалежнасці ад геапалітычных рызык. У параўнанні з ARM, Loongson прапануе больш прадказальную сітуацыю з пастаўкамі крышталяў на рынак Расіі і Кітая. Калі ваш праект патрабуе сертыфікацыі па стандартах бяспекі інфармацыі (ФСТЭК), выкарыстанне айчынных ці дружалюбных архітэктур становіцца абавязковым патрабаваннем, а не проста выбарам.

Мы рэкамендуем выбіраць Loongson 2 для наступных сцэнарыяў:

1. Прамысловыя кантролеры і шлюзы IoT, якія працуюць у бесперапынным рэжыме.
2. Тэрміналы збору дадзеных і банкаматы, дзе важная бяспека і лакалізацыя ПЗ.
3. Сістэмы відэаназірання з аналітыкай на борце (пры выкарыстанні мадэляў з падтрымкай LASX).
4. Абсталяванне для крытычнай інфраструктуры, якое патрабуе гарантый доўгатэрміновай даступнасці кампанентаў (10+ гадоў).

Асаблівасці ахладжэння і механічныя патрабаванні

Нягледзячы на нізкае цеплавылучэнне, шчыльнасць кампаноўкі SoC патрабуе ўважлівага падыходу да термоменеджменту. Крышталь мае плошчу кантакту прыкладна 20×20 мм. Мы настойліва рэкамендуем выкарыстанне тэрмапракладак з цеплаправоднасцю не меней 6 Вт/(м·К) для перадачы цеплыні на корпус прылады. Пасіўныя радыятары павінны мець рэбры, арыентаваныя ўздоўж натуральнай канвекцыі паветра.

У нашых выпрабаваннях мы выявілі, што перагрэў вышэй за 85 ° C прыводзіць да тратлінгу (зніжэнню частаты) на 40-50%. Каб пазбегнуць гэтага, неабходна прадугледзець тэрмадатчыкі на плаце і наладзіць палітыку кіравання частатой у BIOS ці загрузніку UEFI. Таксама важна ўлічваць механічныя высілкі: поплатак павінна быць цвёрда зафіксаваная, бо вібрацыя можа прывесці да адрыву кантактаў BGA-корпуса пры працяглай эксплуатацыі.

Праграмная экасістэма і падтрымка аперацыйных сістэм

Апаратная частка бескарысная без якаснага праграмнага забеспячэння. Серыя Loongson 2 актыўна падтрымліваецца супольнасцю распрацоўшчыкаў Linux. Асноўныя дыстрыбутывы, сертыфікаваныя для працы з гэтымі чыпамі ў Расіі, уключаюць Astra Linux, Alt Linux і ROSA Linux. Гэтыя сістэмы ўтрымоўваюць неабходныя ядры з драйверамі для перыферыі Loongson, што значна паскарае выснову прадукта на рынак.

Для распрацоўшчыкаў даступны SDK, які ўключае кампілятары GCC і LLVM з падтрымкай архітэктуры LoongArch. Мы рэкамендуем выкарыстоўваць версіі GCC не ніжэй за 11.0, так як у іх палепшана аптымізацыя кода для канвеера GS464V. Таксама існуе падтрымка кантэйнерызацыі праз Docker, што дазваляе лёгка партаваць мікрасэрвісныя прыкладанні.

Аднак ёсць і абмежаванні. Прапрыетарнае ПЗ, напісанае выключна пад x86 ці ARM без зыходных кодаў, запусціць немагчыма. Патрабуецца перакампіляванне з зыходнікаў. Калі вы залежыце ад зачыненых бібліятэк іншых вендараў, пераканайцеся, што яны падаюць версіі для LoongArch. У адваротным выпадку, вам давядзецца шукаць альтэрнатывы з адкрытым зыходным кодам, што, дарэчы, часта падвышае бяспеку канчатковага прадукта.

Надзейнасць паставак і экспертыза партнёра

Паспяховае ўкараненне любой апаратнай платформы залежыць не толькі ад яе тэхнічных характарыстык, але і ад стабільнасці ланцужка паставак. Менавіта тут на першы план выходзіць роля кваліфікаванага дыстрыбутара. ТАА «Ухань Сіньхуалун Тэхналогіі», заснаванае ў 2009 годзе ў сэрцы кітайскай крамянёвай даліны – «Аптычнай даліне» горада Ухань, выступае ключавым звяном паміж вытворцамі інтэгральных схем і канчатковымі спажыўцамі.

Як прафесійны дыстрыб'ютар электронных кампанентаў, кампанія спецыялізуецца на забеспячэнні празрыстых і легальных паставак высокатэхналагічных паўправадніковых рашэнняў. У нашым партфоліё, апроч працэсараў Loongson (уключаючы старэйшую архітэктуру Loongson 3 і CPU LS3D5000), прадстаўлены аналога-лічбавыя пераўтваральнікі (серыі LHA6961, ZJC2000), радыёчастотныя рашэнні, кантролеры сілкавання і іншыя кампаненты, неабходныя для стварэння складаных .

Галоўная перавага працы з намі - гарантыя сапраўднасці прадукцыі. Усе кампаненты паступаюць выключна па афіцыйных каналах ад вытворцаў, праходзяць шматузроўневы ўваходны кантроль і верыфікацыю. Гэта выключае рызыкі выкарыстання кантрафакту, што асабліва крытычна для абсталявання, які працуе ў harsh-асяроддзях. Наша каманда штатных інжынераў па ўжыванні (FAE) валодае глыбокай экспертызай у інтэграцыі кампанентаў Loongson і гатова аказаць тэхнічную падтрымку на ўсіх этапах: ад выбару архітэктуры да фінальнай адладкі драйвераў.

Геаграфія нашай прысутнасці ахоплівае як унутраны рынак Кітая, так і краіны СНД і ЕАЭС, што дазваляе нам аператыўна рэагаваць на запыты кліентаў і мінімізаваць лагістычныя тэрміны. Філасофія кампаніі будуецца на прынцыпах якасці, устойлівай рэпутацыі і доўгатэрміновага партнёрства, дапамагаючы заказчыкам павышаць тэхналагічную самастойнасць сваіх прадуктаў.

Часта задаюць пытанні

Ці падтрымлівае серыя Loongson 2 аперацыйную сістэму Windows?

Не, афіцыйная падтрымка Windows адсутнічае. Архітэктура LoongArch не сумяшчальная з бінарным кодам x86/ARM, выкарыстоўваным у Windows. Для працы патрабуецца выкарыстанне Linux-дыстрыбутываў (Astra, Alt, Ubuntu Loongson edition) ці спецыялізаваных RTOS. Калі ваша задача строга прывязана да Windows, гэтая платформа не падыдзе без выкарыстання складаных і павольных метадаў эмуляцыі, якія непрыдатныя для прамысловага прымянення.

Які тэрмін пастаўкі і даступнасці чыпаў серыі 2?

Дзякуючы лакалізаванай вытворчасці і партнёрству з кітайскімі фабрыкамі, тэрмін пастаўкі камплектуючых на базе Loongson 2 складае ад 4 да 8 тыдняў для стандартных партый. Гэта значна больш стабільна, чым пастаўкі заходніх аналагаў, якія могуць затрымлівацца на месяцы з-за лагістычных і санкцыйных абмежаванняў. Для буйных партый рэкамендуецца заключаць доўгатэрміновыя кантракты з гарантаваным аб'ёмам закупкі.

Ці можна выкарыстоўваць Loongson 2 у сістэмах рэальнага часу (RTOS)?

Так, існуюць порты папулярных RTOS, такіх як FreeRTOS і RT-Thread, для архітэктуры LoongArch. Аднак, для цвёрдага рэальнага часу (hard real-time) патрабуецца старанная налада перапыненняў і ізаляцыя ядраў. Мы паспяхова рэалізоўвалі праекты на базе самапіснай RTOS па-над Bare Metal для задач кіравання рухавікамі, дзе затрымка рэакцыі не перавышала 5 мкс.

Ці патрабуецца спецыяльная сертыфікацыя для абсталявання на Loongson?

Для вываду на рынак РФ абсталяванне павінна праходзіць сертыфікацыю па стандартах ЭМС (электрамагнітнай сумяшчальнасці) і бяспекі. Выкарыстанне чыпаў Loongson не адмяняе гэтых патрабаванняў. Больш за тое, калі прылада пазіцыянуецца як сродак абароны інфармацыі, патрабуецца сертыфікацыя ФСТЭК. Чыпы Loongson маюць сертыфікаты адпаведнасці патрабаванням імпартазамяшчэння, што спрашчае ўдзел у дзяржаўных тэндэрах.

Заключэнне і рэкамендацыі па ўкараненні

Серыя сістэм на крышталі Loongson 2 - гэта спелае, эканамічна эфектыўнае рашэнне для прамысловага сектара, арыентаванага на суверэнітэт і надзейнасць. Тэхнічныя дадзеныя пацвярджаюць, што гэтыя чыпы здольныя закрыць патрэбнасці 80% задач у сегменце IoT, аўтаматыкі і інфармацыйнай бяспекі. Галоўная перавага заключаецца не ў рэкорднай прадукцыйнасці, а ў прадказальнасці паставак і поўнай кантраляванасці праграмнага стэка.

Мы рэкамендуем пачынаць новы праект з адзнакі даступнасці бібліятэк і драйвераў для вашай пэўнай задачы. Калі вы выкарыстоўваеце стандартны стэк Linux, міграцыя пройдзе гладка. Калі ж вы залежыце ад спецыфічнага прапрыетарнага ПЗ, закладзяце час на яго партаванне ці пошук альтэрнатыў.

Для атрымання падрабязных спецыфікацый, узораў для тэсціравання і кансультацыі па падборы аптымальнай мадэлі серыі Loongson 2 пад вашыя задачы, звяжыцеся з нашымі інжынерамі. Мы дапамагаем кампаніям пераходзіць на айчынныя і дружалюбныя платформы без страты якасці і тэрмінаў выпуску прадукцыі.

Тэхнічныя дадзеныя серыі сістэм на крышталі Loongson 2даступныя для спампоўкі ў фармаце PDF пасля рэгістрацыі на нашым партале. Звяжыцеся з намі сёння, каб абмеркаваць умовы пастаўкі і тэхнічную падтрымку вашага праекту.