在過年休假前一天，我收到了在寧美國度下單的龍芯3A4000主機。
關於這臺主機的來歷，我之前的文章已經提過了：
和國內大部分的國產處理器廠商不同，龍芯對愛好者群體還是很友好的。愛好者們真的可以買到採用龍芯處理器的產品。寧美國度、龍芯中科以及航天龍夢合作推出了面向開發者的龍芯3A4000主機，原價7800元的主機，賣給開發者的只要3900元。
龍夢主板上的龍芯3A4000實拍（由龍芯愛好者 Windows1809提供）
我關注的重點，依然是龍芯3A4000處理器本身。
國產龍芯性能疑雲
在我拿到主機之前，網上已經流傳了關於3A4000處理器性能的一些評測。其中，看上去最專業的，是2019年12月28日知乎網友“原來如此”發佈的評測，根據他的評測，主頻1.8GHz的龍芯3A4000的SPEC CPU 2006性能只有整數13.5分，浮點13.3分。
關於測試環境，知乎網友只是簡單的描述了一下：
1、龍芯整機：3A4000四核，1.8GHz，內存8G，SATA機械硬盤
2、飛騰整機：FT2000四核，2.6GHz，內存8G，SATA機械硬盤
對於編譯選項，只是簡單的說：“用的編譯開關是通用的”。知乎網友“原來如此”甚至都沒有說這兩臺整機的操作系統是什麼，也沒有說內存頻率是多少。
兩週以後，龍芯中科正式發佈了一個澄清聲明，對知乎上的評測進行了簡短的回應。在此，我截取其中一部分數據。
龍芯中科給出了測試環境，雖然比知乎測試給的詳細一些，但幾個關鍵的細節問題還是被隱藏了：測試使用的編譯器是什麼編譯器，用了哪些選項，內存的頻率是多少？
既然我已經拿到了3A4000的主機，那麼我將用我的評測結果一步一步的告訴大家龍芯3A4000的性能究竟如何。
這一次，以我為準。
測試環境介紹
為了能夠獲得龍芯3A4000處理器的峰值性能，我嘗試了多個Linux操作系統，包括UOS，Loongnix，Debian，龍夢Fedora以及Linux From Scratch。
寧美主機自帶的操作系統是UOS。在使用上，UOS我用起來很不習慣，所以我並沒有在UOS上進行測試。在UOS之外我安裝了Loongnix、龍夢版Fedora 28 、Debian、Linux From Scratch（LFS）這四個操作系統。
在操作系統內核的選擇上，我使用了由龍芯內核開發者flygoat提供的最新版的5.4內核。在該內核中，增加了處理器主頻調節功能，處理器的主頻可以提高到2.2GHz。
事實證明，龍芯3A4000是可以比較穩定工作在2.1GHz甚至2.2GHz的。我的主機曾經在2.2GHz主頻下連續運行了11天。 當然，這可能會導致處理器壽命減少，降低系統的穩定性，不推薦普通用戶長時間超頻使用。龍芯處理器的主頻已經穩穩的超過了2.0 GHz。
2.2GHz下運行的龍芯3A4000
寧美主機的內存頻率為1600MHz，而且主機上只帶有一根內存條。
幸運的是，航天龍夢的工程師譚工提供了主板的新固件，內存頻率從1600MHz提高到了2400MHz。為了進一步提高系統的訪存性能，我自行購買了一根8GB DDR4 2666 MHz鎂光內存條，與原有的紫光內存一同組成雙通道。
測試表明，以上這些操作大大提高了主板的訪存性能。我使用Loongnix、Debian、龍夢Fedora28以及LFS系統進行了SPEC CPU 2006的測試。
SPEC CPU 20006測試環境
在測試中，為了儘可能提高程序的性能，我對編譯器的優化選項進行了詳細的測試，摸索了對於每個項目最為合適的選項。
需要指出的是，在所有的這四種操作系統中，編譯器都缺少針對龍芯3A4000進行優化。儘管龍芯3A4000在去年12月24日發佈，但龍芯官方並沒有提供處理器的指令集手冊，也沒有提供針對3A4000的性能優化手冊。
目前，GCC編譯器中也沒有支持龍芯3A4000的一些黑科技，比如原子內存操作 （AMO），龍芯指令集擴展Loongson-EXT3等。希望龍芯能夠加快生態建設，主動向GCC等開源社區提供代碼，使愛好者能夠早日用上趁手的開發工具。
為了保證測試結果可靠，在每個操作系統上都進行了reportable的基準測試，即每個測試項目都要完整無誤的運行三遍，最後對每一項測試，選擇三次測試的中位數結果作為最終的測試成績，最後對所有的測試成績取幾何平均，作為最終的成績。
測試結果
過得去的浮點性能和整數性能
評價一個CPU的性能，可以用浮點和整數得分簡單評估。
從整數性能來看，Debian、龍夢Fedora，LFS、Loongnix系統下的SPEC CPU 2006成績分別為19.2，19.9，19.7，16.9。
這表明FC28系統及其工具鏈能夠最好的的發揮出龍芯3A4000的性能。
原生的Loongnix操作系統存在諸多弊端，比如Loongnix 系統基於2014年11月發佈的Fedora 21，距今已經有5年多了，而且早已停止維護了。
Loongnix系統中默認的編譯器為GCC 4.9，太古老了，無法支持MSA指令。
當然，我相信龍芯中科的工程師手上有更適合龍芯3A4000的編譯器，但很遺憾作為普通愛好者我無法獲得這樣的編譯器。據傳龍芯中科準備對Loongnix進行升級，也許升級以後的Loongnix會稍微不那麼落後了吧！
從浮點性能來看，Debian、龍夢Fedora、LFS、Loongnix下的分數分別為18.0, 17.6，19.3，15.0分。
LFS系統明顯優於FC28、Debian等系統。可能有兩個原因：第一，LFS系統構建時針對GS464E處理器核進行了優化，使各種庫函數速度有所提升；第二，龍芯3A4000的浮點數標準為IEE-754-2008，而Debian和FC28系統的浮點標準是針對IEEE-754-1985。
和Debian操作系統相比，LFS系統可以針對龍芯3A4000做更多的優化。比如，在編譯軟件的時候，可以默認開啟針對GS464E處理核的優化選項，並指定浮點NAN=2008。Loongnix系統下的測試成績依然是最低的。
以上的基準測試成績，距離龍芯官方的成績21分/2GHz還有一些差距。畢竟，作為愛好者，我無法獲得針對龍芯處理器的最優的編譯器，只能使用操作系統內置的GCC編譯器和數學庫，大概只能做到這個程度了。
不提升工藝做到了相較前代性能翻倍，和Intel還差多少？
和上一代龍芯3A3000相比，龍芯3A4000確確實實做到了性能翻倍。那麼，和Intel的主流處理器相比，龍芯3A4000還有多大差距？
我手上只有一個使用七代i5的Intel主板。
作為對比，我在i5-7200U處理器上運行了SPEC CPU 2006測試。由於時間有限，我沒有對i5-7200U處理器上的SPEC CPU 2006測試做過多的優化, 只加了-O3 -march=native兩個選項，因為即使這樣，i5-7200U可以比龍芯3A4000處理器更強。
和龍芯3A3000處理器相比，龍芯3A4000真正做到了性能翻倍。
不更新工藝，而硬生生靠著對處理器核的優化改進而取得如此巨大的進步，這個成績非常了不起！
仔細查看每一個測試項目，你會發現在有些測試項目中，龍芯3A4000的速度超過了3A3000的三倍，比如hmmer測試，3A4000的速度是3A3000的3.6倍，這是因為龍芯3A4000的向量指令在發揮作用。
和Intel i5-7200U處理器相比，龍芯3A4000處理器性能還有很大的差距。
從測試結果可以看到，3A4000處理器單核整數性能只有i5-7200U的60%, 浮點性能只有後者的50%。考慮到Intel i5-7200U睿頻頻率高達3.1GHz，處理器的每GHz性能為整數10.64分，浮點12.6分；GS464V處理器核的同主頻性能已經能夠達到i5-7200U處理器的80%～90%了。
需要承認的是，這種測試方法並不嚴謹，因為我在Intel處理器下並沒有使用最優的編譯器以及最優的編譯選項。
3A5000很可能再次實現性能翻倍！
經過數年的努力研發，龍芯公司新發布的龍芯3A4000處理器在性能上有了很大的進步。
在繼續使用28納米工藝的前提下，和3A3000處理器相比，龍芯3A4000處理器主頻從1.5GHz提升到了2 GHz以上，綜合性能提高了一倍，SPEC CPU 2006成績從10分提高到了20分。龍芯處理器的訪存性能從3A3000的10GiB/s提升到了3A4000的18GiB/s。
在此，提前預測下3A5000處理器的性能。
既然3A4000能夠穩定運行在2.2GHz主頻下，我大膽的推測採用臺積電12納米工藝流片的3A5000能夠穩定的運行在2.8GHz以上的主頻下。3A5000的SPEC CPU 2006分數將從21分/2GHz，提高到30分/2.8 GHz，與Intel、AMD的差距將會進一步縮小。
同時，我們依然需要看到，龍芯處理器在生態建設上還有很長的路要走。編譯器、操作系統、應用軟件等基礎設施都需要進行建設。
龍芯選擇了一條少有人走的路，祝福龍芯能夠走通這條路。也許，在不久的將來，我們就能夠用著龍芯inside的筆記本、臺式機、手機來工作、娛樂、生活了。
致謝
在本測評的進行中，得到了很多龍芯愛好者的支持。航天龍夢孫海勇老師提供了LFS系統，航天龍夢譚工提供了實驗版的龍夢主板固件，龍芯內核開發者flygoat、陳華才等提供了帶有超頻功能的5.4版linux內核。龍芯愛好者Windows1809提供了龍芯3A4000實拍照片。特此致謝！
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