Loongson 2 SoC シリーズ: 技術データ 

Loongson 2 シリーズの仕様とアーキテクチャ: エンジニア向けの完全なレビュー

Loongson 2 シリーズの SoC は、産業用アプリケーションおよび組み込みソリューションを目的とした中国のプロセッサ アーキテクチャの根本的な変化を表しています。実験的なものとみなされることが多かった前世代とは異なり、現在のラインは製造プロセスの成熟度と現実世界の負荷に対する最適化を実証しています。エンジニアの選択を決定する重要なパラメータは、クロック速度だけではなく、ワットあたりのパフォーマンスと、熱放散が限られている状況での周辺インターフェイスのサポートです。

私たちはこれらのチップを 5 年以上使用してきており、単純なマイクロコントローラーからリアルタイムでデータ ストリームを処理できる本格的な SoC への進化を見てきました。このシリーズの主な技術的特徴は、GS464V コアまたは LoongArch 命令をサポートするその修正の使用です。これにより、産業用デバイスの長期サポートに不可欠な最新の Linux ソフトウェア スタックとの互換性が確保されます。評価するとLoongson 2 SoC シリーズの技術データこれらのチップはオフィス PC 用に作成されたものではなく、ピーク電力よりも安定性が重要な過酷な動作条件用に作成されたものであることを理解することが重要です。

私たちの導入実務では、クライアントが使い慣れたエコシステムを理由に ARM ベースのアナログを選択したものの、供給の問題とメーカーのライセンス ポリシーの変更に直面するという状況に遭遇しました。 Loongson 2 への移行により、サプライ チェーンを安定させることができましたが、ドライバーを特定の割り込みコントローラーに適応させる必要がありました。この経験は、物流全体の信頼性の観点から技術データを考慮する必要があることを示しています。

カーネルのアーキテクチャ機能と命令セット

このシリーズは、外国ライセンス (MIPS や x86 など) への依存を回避するためにゼロから設計された 64 ビット LoongArch アーキテクチャに基づいています。組み込みシステムのスペシャリストにとって、これは 2 つの重要な意味を持ちます。まず、古いアーキテクチャ ソリューションから引き継がれた荷物がなくなり、コマンド パイプラインが簡素化されます。 2 番目に、この命令システム (ISA) 用に特別に最適化されたコンパイラとアセンブリ ツールを使用する必要があります。

GS464V コアは、ほとんどの 2K1000 および 2K500 シリーズ モデルで使用されており、コアあたり 4 スレッドの実行をサポートします。これにより、オペレーティング システムのリアルタイム プロセスとバックグラウンド プロセスの間でタスクを効率的に分散できます。コア周波数は、特定のモデルと温度条件に応じて 1.0 GHz から 2.5 GHz まで変化します。熱放散は非線形的に増加するため、高品質の電源と冷却が提供された場合にのみ、宣言された周波数が達成されることに注意することが重要です。

ベクトル拡張 LSX (Loongson SIMD eXtension) および LASX (Loongson Advanced SIMD eXtension) のサポートにより、これらのチップはデジタル信号処理 (DSP) タスクに適しています。オーディオ ストリーム内のノイズをフィルタリングするテストでは、LASX を使用すると、スカラー演算と比較して 3.2 倍の速度向上が見られました。これは、遅延を最小限に抑える必要がある通信機器のアプリケーションにとって非常に重要です。

詳細な技術パラメータ: メモリ、インターフェイス、消費電力

Loongson 2 に基づいてデバイスを設計する場合、エンジニアはメモリと I/O サブシステムの制限を正確に知っておく必要があります。この段階でエラーが発生すると、デバイスが起動しなくなるか、負荷が増加すると不安定になります。以下は、プロジェクトを監査するときに最初に確認する主要なパラメータです。

2K シリーズのメモリ コントローラーは通常、DDR3L および DDR4 をサポートします。アドレス指定可能な最大メモリは、チップのバージョンに応じて 16 GB または 32 GB です。メモリバス帯域幅は、DDR4-3200 で 25.6 GB/s に達します。これは、中解像度のビデオ監視やネットワーク パケット処理など、ほとんどの産業用アプリケーションには十分です。ただし、アプリケーションで大規模なインメモリ データベースを操作する必要がある場合は、上位シリーズを検討する価値があります。これは、2 シリーズのレベル 2 (L2) キャッシュがコアあたり 512 KB ～ 1 MB に制限されているためです。

エネルギー消費量がこのシリーズの主な利点の 1 つです。一般的な熱放散 (TDP) の範囲は 3 W ～ 10 W です。比較のために、x86 で同様のパフォーマンスを持つソリューションには、多くの場合 15 ～ 20 W が必要です。これにより、ファンレスのケースでパッシブ冷却を使用できるようになり、埃や湿気の多い環境でのデバイスの信頼性が大幅に向上します。石油およびガス業界向けのプロジェクトの 1 つでは、IP67 ハウジングの Loongson 2K1000 を使用しました。冷却システムに可動部品がないため、サービス間隔を 6 か月から 3 年に延長することができました。

周辺機器インターフェイスと接続性

Loongson 2 SoC への周辺機器の統合は、産業オートメーションの要件を満たすように調整されています。チップには以下が含まれます:

• PCIe 2.0/3.0:最大 8 つの PCIe レーン。単一の x8 ポートまたは複数の x1/x4 ポートとして構成できます。これにより、高速ネットワーク カード、NVMe ドライブ、または FPGA を接続できるようになります。
• ギガビットイーサネット:組み込み MAC コントローラは、最大 2 ～ 4 個の GigE ポートをサポートします。 TCP/IP オフロードのサポートにより、ルーターやゲートウェイにとって重要なメイン コアの負荷が軽減されます。
• SATA3.0:ハードドライブまたはSSDを接続するために最大2つのSATAポートをサポートします。データ転送速度は6Gbit/s規格に準拠しています。
• USB 2.0/3.0:USB コントローラーが直接統合されているため、PCB レイアウトが簡素化されます。
• GPIO、I2C、SPI、UART:センサー、ADC、その他のマイクロコントローラーを接続するための幅広い低速インターフェイス。

拡張インターフェイスのサポートには特に注意を払う必要があります。民生用チップとは異なり、CAN (SPI/UART 経由で制御される外部トランシーバー経由) や RS-485 など、産業用通信に必要なバスをサポートします。一部のまれなプロトコルのサポートにはカーネル モジュールの手動コンパイルが必要な場合があるため、特定のコントローラーに対して使用している Linux ディストリビューションでドライバーが利用可能かどうかを常に確認することをお勧めします。

比較分析: Loongson 2 と産業分野における代替品

組み込みシステム用のプロセッサの選択は、常にパフォーマンス、コスト、コンポーネントの可用性の間でトレードオフになります。情報に基づいた決定を下せるよう、Loongson 2 シリーズとロシアおよび CIS 市場で人気のある代替製品との比較を用意しました。

この表は、Loongson 2 が純粋なコンピューティング能力では x86 に負けていますが、エネルギー効率と地政学的リスクからの独立性では勝っていることを示しています。 ARM と比較して、Loongson はロシアと中国の市場への結晶の供給に関して、より予測可能な状況を提供します。プロジェクトが情報セキュリティ標準 (FSTEC) に従った認証を必要とする場合、国内またはフレンドリーなアーキテクチャの使用は単なる選択ではなく、必須の要件になります。

次のシナリオでは Loongson 2 を選択することをお勧めします。

1. 連続モードで動作する産業用コントローラーと IoT ゲートウェイ。
2. セキュリティとソフトウェアのローカリゼーションが重要なデータ収集端末と ATM。
3. 分析機能を搭載したビデオ監視システム (LASX サポート付きモデルを使用する場合)。
4. コンポーネントの長期可用性 (10 年以上) の保証を必要とする重要なインフラストラクチャ用の機器。

冷却機能と機械的要件

熱放散が低いにもかかわらず、SoC レイアウトの密度は熱管理に慎重なアプローチを必要とします。結晶の接触面積は約20×20 mmです。デバイス本体に熱を伝達するには、熱伝導率が少なくとも 6 W/(mK) のサーマル パッドを使用することを強くお勧めします。パッシブラジエーターには、空気の自然対流に沿った向きのフィンが必要です。

私たちのテストでは、85°C を超える過熱により 40 ～ 50% のスロットリング (周波数の低下) が発生することがわかりました。これを回避するには、ボードに温度センサーを備え、BIOS または UEFI ブートローダーで周波数制御ポリシーを構成する必要があります。機械的ストレスを考慮することも重要です。長時間使用すると振動により BGA パッケージの接点が外れる可能性があるため、ボードをしっかりと固定する必要があります。

ソフトウェア エコシステムとオペレーティング システムのサポート

ハードウェアは高品質のソフトウェアがなければ役に立ちません。 Loongson 2 シリーズは、Linux 開発者コミュニティによって積極的にサポートされています。ロシアでこれらのチップで動作することが認定されている主なディストリビューションには、Astra Linux、Alt Linux、ROSA Linux などがあります。これらのシステムには、Loongson 周辺機器用のドライバーを備えた必要なカーネルが含まれており、市場投入までの時間が大幅に短縮されます。

開発者は、LoongArch アーキテクチャをサポートする GCC および LLVM コンパイラーを含む SDK を利用できます。 GS464V パイプラインのコード最適化が向上しているため、GCC バージョン 11.0 以降を使用することをお勧めします。 Docker によるコンテナ化もサポートされているため、マイクロサービス アプリケーションの移植が容易になります。

ただし、制限もあります。ソース コードのない x86 または ARM 専用に作成された独自のソフトウェアは起動できません。ソースからの再コンパイルが必要です。サードパーティの独自ライブラリに依存している場合は、そのライブラリが LoongArch 用のバージョンを提供していることを確認してください。それ以外の場合は、オープンソースの代替手段を探す必要があります。ちなみに、これにより最終製品のセキュリティが向上することがよくあります。

供給品の信頼性とパートナーの専門知識

ハードウェア プラットフォームの実装が成功するかどうかは、その技術的特性だけでなく、サプライ チェーンの安定性にも依存します。ここで資格のあるディストリビューターの役割が重要になります。 Wuhan Xinhualong Technology Co., Ltd. は、中国のシリコンバレーの中心、武漢の「光の谷」に 2009 年に設立され、集積回路メーカーと最終消費者の間の重要なリンクとして機能しています。

電子部品の専門代理店として、同社はハイテク半導体ソリューションの透明かつ合法的な供給を専門としています。当社のポートフォリオには、Loongson プロセッサ (古い Loongson 3 アーキテクチャおよび CPU LS3D5000 を含む) に加えて、アナログ - デジタル コンバータ (LHA6961、ZJC2000 シリーズ)、無線周波数ソリューション、電源コントローラ、および複雑な産業システムの構築に必要なその他のコンポーネントが含まれています。

当社と提携する主な利点は、製品の信頼性が保証されることです。すべてのコンポーネントはメーカーからの公式チャネルを通じて独占的に供給され、マルチレベルの入荷管理と検証を受けています。これにより、偽造品を使用するリスクが排除されます。これは、過酷な環境で動作する機器にとって特に重要です。当社のフルタイム アプリケーション エンジニア (FAE) チームは、Loongson コンポーネントの統合に関する深い専門知識を備えており、アーキテクチャの選択から最終的なドライバーのデバッグまで技術サポートを提供できます。

当社の拠点は中国国内市場と CIS 諸国および EAEU 諸国の両方をカバーしているため、お客様のご要望に迅速に対応し、物流時間を最小限に抑えることができます。同社の哲学は、品質、高い評判、長期的なパートナーシップの原則に基づいて構築されており、顧客が製品の技術的独立性を高めるのに役立ちます。

よくある質問

Loongson 2 シリーズは Windows オペレーティング システムをサポートしていますか?

いいえ、Windows の公式サポートはありません。 LoongArch アーキテクチャは、Windows で使用される x86/ARM バイナリと互換性がありません。操作には、Linux ディストリビューション (Astra、Alt、Ubuntu Loongson エディション) または特殊な RTOS の使用が必要です。タスクが厳密に Windows に関連付けられている場合、このプラットフォームは、産業用途には適さない複雑で低速なエミュレーション方法を使用しないと適しません。

シリーズ 2 チップの納期と入手可能性はどれくらいですか?

現地生産と中国工場との提携のおかげで、Loongson 2 ベースのコンポーネントの納期は標準バッチで 4 ～ 8 週間です。これは、物流や制裁の制限により数か月遅れる可能性がある西側の類似品の納品よりもはるかに安定しています。大量の場合は、購入数量を保証した長期契約を結ぶことをお勧めします。

Loongson 2 はリアルタイム システム (RTOS) で使用できますか?

はい、FreeRTOS や RT-Thread などの一般的な RTOS が LoongArch アーキテクチャに移植されています。ただし、ハード リアルタイムでは、割り込みとコア分離を慎重に調整する必要があります。当社は、モーター制御タスク用にベア メタル上に自己作成の RTOS をベースにしたプロジェクトを実装することに成功し、応答遅延は 5 μs を超えませんでした。

Loongson 機器には特別な認証が必要ですか?

ロシア市場に導入するには、機器を EMC (電磁両立性) および安全基準に従って認証する必要があります。 Loongson チップを使用しても、これらの要件は変わりません。また、情報セキュリティ手段として位置付けられる場合にはFSTEC認証が必要となります。ルンソンチップスには輸入代替要件の遵守証明書があり、これにより政府の入札への参加が容易になります。

結論と実装のための推奨事項

Loongson 2 シリーズの SoC は、主権と信頼性に重点を置いた産業分野向けの成熟したコスト効率の高いソリューションです。技術データによれば、これらのチップは IoT、オートメーション、情報セキュリティ分野のタスクの 80% のニーズを満たすことができます。主な利点は、記録破りのパフォーマンスではなく、予測可能な配信とソフトウェア スタックの完全な制御です。

特定のタスクに使用できるライブラリとドライバーを評価して、新しいプロジェクトを開始することをお勧めします。標準の Linux スタックを使用している場合、移行はスムーズに進みます。特定の独自ソフトウェアに依存している場合は、時間をかけてそれを移植するか、代替ソフトウェアを探してください。

詳細な仕様、テスト用のサンプル、およびお客様のニーズに最適な Loongson 2 シリーズ モデルの選択に関するアドバイスを入手するには、当社のエンジニアにお問い合わせください。私たちは、企業が品質と製品リリース時間を損なうことなく国内向けのフレンドリーなプラットフォームに切り替えるのを支援します。

Loongson 2 SoC シリーズの技術データポータルに登録すると、PDF 形式でダウンロードできます。プロジェクトの納期条件や技術サポートについては、今すぐお問い合わせください。