我的中国“芯” | 北大众志PKUnity86-3：国产32位X86兼容处理器

国产 CPU 大都是基于 MIPS 架构的再开发产品，中科院计算所、君正等在 MIPS 架构的基础上不断耕耘，成果斐然。虽然以 MIPS 为基础但是和原来的 MIPS 有很大的不同，可以说是面目全非，有很多自己创新的东西在里面，自主开发指令集、架构的演变等等。国内处理器技术的进步有目可睹。

MIPS 不可否认是一个极为优秀的架构，而且基于其开发写出来的处理器的性价比也很高，但是市场情况却一片惨淡。根源就在于 MIPS 短缺的生态系统建设（可能是因为国人吃生态系统的亏太多，所以现在很多企业盲目地一拥而上大搞生态建设），众所周知 CPU 的竞争不仅仅是 CPU 本省的竞争，而是整个生态链的竞争。另一个众所周知的事情是 X86 架构本身缺点明显，在性能上根本没有竞争力。但是整个生态链是以它为中心建设起来的，想换掉它就要颠覆整个产业链。利益牵扯之下产业链各方只有默认（大家想想国内的网络建设就知道了，但是可惜没有一个像中国政府这样的国家机器来干预 CPU 产业链。）。

人在我屋檐下不得不低头，于是龙芯等 MIPS 架构的 CPU 开始通过二进制转换器兼容 X86 平台，这样才能融入到产业链之中，但是这样做肯定要拉慢 CPU 本身的运行速度(有舍才有得)。鉴于其他架构的先天生态不足，北大众志直接向 X86 投诚。将 X86 引进消化吸收再创新，退出了基于自主设计的 32 位 X86 兼容处理器的 PKUnity86-3 CPU 系统芯片。

北大众志 PKUnity86-3 实物图

PKUnity86-3 是以 AMD 授权的 X86 指令系统为基础，面向 MS Windows 兼容的需求，集成高速 / 低速输入输出部件及系统控制部件，自主设计了完整的自主 X86 兼容单芯片计算机解决方案。可以完全兼容 Windows98/ WindowsXP/ Windows XP Embedded/ Windows7/ Windows Embedded Standard 7/Linux 等操作系统，并流畅运行基于 Windows 操作系统的应用程序，具备强大的多媒体视频编解码能力。采用 40nm 生产工艺，CPU 典型工作频率 1.8GHz，峰值功耗 5W。

PKUnity86-3 将 X86 兼容微处理器核、UniCore-2 微处理器核、SuperV_EF01 DSP 核三核集成在单芯片里。X86 兼容微处理器核兼容 32 位 X86 指令系统，8 级流水线，浮点协处理器核支持 X87、MMX、3DNow!指令系统，分离的 16KB L1 I-Cache 和 16KB L1 D-Cache，内置分支预测和返回栈。UniCore-2 微处理器核是 32 位 RISC 定点处理器核、64 位浮点协处理器，符合 IEEE 754-1985 标准的单精度和双精度操作，128 位 SIMD 定点 / 浮点扩展指令系统
，分离的 32KB 一级指令 Cache 和 32KB 一级数据 Cache，512KB 二级 Cache，支持 ECC 校验并提供纠错功能。

SuperV_EF01 DSP 核是 32 位 4 发射超长指令字构架 DSP 核，支持单指令流多数据流（SIMD）数据操作，支持 8/16/32 位定点操作，支持 IEEE 754 浮点单精度运算，运行频率为 1GHz，性能为 2G MACs（乘加操作），分离的 8KB 一级指令 Cache 和 16KB 一级数据 Cache，512KB Scratchpad 存储，以及相应的 DMA 支持。

北大众志 PKUnity86-3 系统芯片结构图

图形图像子系统部分有 2D/3D 图形加速部件支持 OpenGL ES1.1/2.0 和 OpenVG，双路 32 位色深显示通路，每路支持 1920x1200 分辨率和 VGA、LVDS 及 HDMI 显示接口。多格式图像编解码部件支持 H.264、MPEG-4、DivX、H.263、Sorenson Spark、VC-1/WMV-9、MPEG-2、Real Video、AVS、MJPEG 格式的全高清 1080P 30fps 实时解码，支持 H.264、MPEG-4、H.263、MJPEG 格式的高清 720P 30fps 实时编码。同时可以动态变频与智能低功耗管理。

存储控制器子系统支持 DDR2/3 SDRAM，1333MHz 数据传输率，支持可配置的 32 位数据位宽，支持 32GB 存储空间。高速接口部分支持 SPI 接口 NOR Flash，支持 Motorola SPI、TI 串行协议和 Microwire 三种串行协议，支持 10/100/1000Mbps 数据传输率，提供 MII 和 GMII 标准接口。支持 USB 2.0 协议，支持高速(480 Mbps) 、全速(12 Mbps)和低速(1.5 Mbps)模式，支持 OTG(On-The-Go) 功能，提供 ULPI 接口。支持 PIO、多字 DMA、Ultra ATA 的 33/66/100/133MHz 的传输模式。支持 32 位、33M/66M PCI 2.2 规范，支持多区间地址映射，6 个 DMA 通道，均可支持双向传输，提供存储器到外设、外设到存储器和存储器到存储器的数据传输。

低速接口有 I2C，支持 100Kb/s 和 400Kb/s 两种速度模式，UART 支持 16550 工业标准，支持红外接口，I2S 支持 8 声道放音和录音，192K 采样率。AC97 支持 2 声道放音和录音，48K 采样率，SPDIF 支持单 / 双通道 16 位音频格式，非线性音频(DTS/AC3)格式，最大采样频率 192KHz，MMC/SD 支持 SD/SDHC/MMC 卡，32GB 容量，PS/2 支持 PS/2 键盘、鼠标及滚轮扩展。

基于 PKUnity86-3 的笔记本电脑

从总的结构性能看来，PKUnity86-3 有点四不像。相比于市场上的主流产品，PKUnity86-3 破天荒地在一个芯片中使用了两种架构，在异体架构中也属于奇葩。除了架构核心的创新之外，在存储、计算、结构方面与传统的 CPU 也有很多的不同。国人从中也确确实实地看到了中国自己处理器的影子。世上本没路，走的人多了也便成了路。

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