CPU发展史

课程名称：微机原理

报告名称：

CPU

的发展历程探究

——Intel与龙芯

姓名：王永琦

指导教师：周维民

学院:机电工程与自动化学院

CPU的发展历程探究

CPU是中央处理器(Central_Processing_Unit)的缩写，它由控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分组成，可以进行运算、分析、判断并控制计算机各部分协调工作。随着集成电路加工工艺的进步和计算机体系结构的发展，CPU获得了迅猛的发展，并对现代信息社会产生了深远的影响，被誉为20世纪最伟大的发明之~。

在微机的各种部件中，CPU是~核心的部件，CUP的运行速度和性能在很大程度上决定了微机的整体性能。随着电子技术的发展，CPU的集成度越来越高，其运行速度也在成倍地增长，从而促进了微机技术的发展。从某种角度来讲，微机技术的发展和CPU的发展是密切相关。

计算机的发展主要表现在其核心部件——微处理器的发展上，每当~款新型的微处理器出现时，就会带动计算机系统的其他部件的相应发展，如计算机体系结构的进~步优化，存储器存取容量的不断增大、存取速度的不断提高，设备的不断改进以及新设备的不断出现等，

70年代初期，大规模集成电路技术的发展，使运算器和控制器(即CUP)能集成在一个芯片上，像这样的芯片就称为微处理器。微处理器决定了微机的型号，速度和档次。在评价微机的性能时，首先应该了解其微处理器的性能。

目前世界上能生产CPU的厂商主要有Intel、AMD、IBM、Motorola和台湾的威盛等，其中Intel占据了约75%的市场份额。按照处理信息的字长，CPU可以分为8位、16位、32位和64位等。如果把计算机比作~个人，CPU就是他的心脏，其重要作用是不言而喻的。

目前的计算机大都采用冯·诺依曼结构，即以存储程序原理为基础，由程序通过~系列的指令来实现~定的功能。CPU执行程序所需时间为:

P=I×C×T

式中，I为程序编译后的机器指令数，C为执行每条机器指令所需的平均机器周期，T为每个机器周期的执行时间。P越少，CPU的性能就越好。因此，CPU 的性能与I、C和T三个因素有关。其中，T依赖于CPU硬件本身，由半导体材料和加工工艺决定，I和C则依赖于CPU软件及硬件，由计算机体系结构的设计

决定。

CPU的性能与测试程序

特性办公效率多媒体3D\浮点Internet

性能描述在运行与办公

室有关的软件时所

表现的性能

处理器在视

频、音频和图像技

术等应用中所表现

的性能

处理器在3D

中的应用，如游戏

等所表现的性能

处理器在网络

应用中所表现的性

能

测试软件SYSmarkWinst

oneSPECint

Video

MPEG-2解

码

3D

Winbench

3Dmark

SPECfp

WebMark

SYSmark

J

CPU的性能指标主要包括频率、内存总线速度、地址总线宽度、数据总线宽度、工作电压、一级高速缓存大小、协处理器FPU的速度、指令集和体系结构等。目前，用单~运算速度MIPS或MHz已不能精确描述CPU的性能，而应以~组特性来表征。上表为CPU的性能与测试程序。目前主要采用最新版本的~组测试程序对CPU的性能进行测试，或把系统放入相应的应用环境中进行测试。

自从1946年第~台电子数字计算机问世以来，随着电子器件的不断更新和发展，使得计算机的发展也是日新月异，通常把它们的发展分为电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模集成电路时代。现在正酝酿着第五代，人们预示不久的将来，会出现第五代计算机，它将是人工智能计算机，是综合计算机科学和控制论而发展起来的~门新技术，它能模拟人的智能，如识别图形、语言、梦体等，将对社会的发展带来不可估量的影响。

以大规模集成电路工艺和计算机为基础的微处理器和微机的问世是计算机发展史上新的里程碑，标志着计算机步履了前三代(电子管~晶体管~中小规模集

成电路)的演变而进人了大规模集成电路的第四代。1971年美国旧金山南部硅谷的Intel集成电子产品公司首先推出了4位的4004处理器，到现在不过20多年，CPU的发展日新月异，产品像潮水般地涌向市场，推动着全球经济大发展。Intel 公司创始人GordonMoore，曾经预言，每隔18到24个月，CUP芯片的性能会提高一倍。后来人们称之为Moore法则，实践已逐渐映证了它的预言。

第一代(71~73年):4位和低档的8位CPU。代表产品有Intel公司的4004(集成度1200个/片)，改进的8008(集成度2000)个/片)。其特点是采用PMOS工艺，字长4~8位，并行处理，多总线结构，速度较低，基本指令执行时间为10~20μs，平均指令周期为为2.5~5MZH，16~18脚封装。指令简单，运算功能较差，但价格低廉，主要用于面向消费的家用电器、计算器和进行简单控制等。

第二代(73~75年):8位CPU。代表产品有Intel8080，8085，Motorola公司的MC6800，M6801，M6803，MOS，Technology公司的6502和zilog公司的Z80。其特点是采用NMOS工艺，字长8位，并行处理，单总线结构，采用40条双列直插引脚(DIP)，集成度比第~代产品提高1~2倍(8080为4900个/片，MC6800为6800个/片，Z80为10000个/片)，运算速度提高了一个数量级，基本指令执行时间为1~2μs，平均指令周期为2μs，时钟为2MHZ，指令系统比较完善，寻址能力有所增强。主要用于教学、实验、工业控制和智能控制中。

第三代(75~81年):16位CUP，代表产品Intel8086(集成度29000个/片)，zilog 公司的Z-80(集成度17500个/片)，MC68000(集成度为68000个/片)。其特点是采用高性能的HMOS工艺，具有IMB的寻址空间，并有多级中断的能力，采用地址分段的概念，基本指令时间为0.5μs，时钟为5~10MHZ。鉴于其字长和处理速度弥补了8位机的缺陷，因而这类微机在实时控制和实时数据处理方面开辟了广阔的应用前景。特别是80年代以来，汉字处理技术的发展，IBMPC系列微机和兼容机得到了普遍的应用，广泛用于数据处理，管理系统和计算机网络信息产业，多媒体终端等。1980年相继出现的Intel80286，MC68l00是超级的16位微处理器，集成度约10万个/片。

第四代(81年~92年):32位CPU。这代产品属超大规模集成电路SLSL(sueprlargescaleIntegration)。代表产品有Intel80386,MC68020，集成度达15~45万个/片。采用新的NMOS工艺，时钟高达20MHZ。在80386后，1989年发表的

8以86集成度可达10万个/片。80386和80486所组成的微机在软件上与前一代微机具有兼容性，具有大批量数据，实时任务，多道程序处理能力，具有存储保护能力，可对程序和数据保密，能实现虚拟存储系统。

第5代（93年~2005年）是奔腾（pentium）系列微处理器时代，通常称为第5代。典型产品是Intel公司的奔腾系列芯片及与之兼容的AMD的K6系列微处理器芯片。内部采用了超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指令和数据高速缓存。随着MMX（MultiMediaeXtended）微处理器的出现，使微机的发展在网络化、多媒体化和智能化等方面跨上了更高的台阶。

早期的奔腾75MHz～120MHz使用0.5微米的制造工艺，后期120MHz频率以上的奔腾则改用0.35微米工艺。经典奔腾的性能相当平均，整数运算和浮点运算都不错。为了提高电脑在多媒体、3D图形方面的应用能力，许多新指令集应运而生，其中最著名的三种便是英特尔的MMX、SSE和AMD的3DNOW!。MMX（MultiMediaExtensions，多媒体扩展指令集）是英特尔于1996年发明的一项多媒体指令增强技术，包括57条多媒体指令，这些指令可以一次处理多个数据，MMX技术在软件的配合下，就可以得到更好的性能。

多能奔腾(PentiumMMX)的正式名称就是“带有MMX技术的Pentium”，是在1996年底发布的。从多能奔腾开始，英特尔就对其生产的CPU开始锁倍频了，但是MMX的CPU超外频能力特别强，而且还可以通过提高核心电压来超倍频，所以那个时候超频是一个很时髦的行动。超频这个词语也是从那个时候开始流行的。

多能奔腾是继Pentium后英特尔又一个成功的产品，其生命力也相当顽强。多能奔腾在原Pentium的基础上进行了重大的改进，增加了片内16KB数据缓存和16KB指令缓存，4路写缓存以及分支预测单元和返回堆栈技术。特别是新增加的57条MMX多媒体指令，使得多能奔腾即使在运行非MMX优化的程序时，也比同主频的PentiumCPU要快得多。

1997年推出的PentiumII处理器结合了IntelMMX技术，能以极高的效率处理影片、音效、以及绘图资料，首次采用SingleEdgeContact(S.E.C)匣型封装，内建了高速快取记忆体。这款晶片让电脑使用者撷取、编辑、以及透过网际网络和

亲友分享数位相片、编辑与新增文字、音乐或制作家庭电影的转场效果、使用视讯电话以及透过标准电话线与网际网络传送影片，IntelPentiumII处理器晶体管数目为750万颗。

PentiumIII处理器加入70个新指令，加入网际网络串流SIMD延伸集称为MMX，能大幅提升先进影像、3D、串流音乐、影片、语音辨识等应用的性能，它能大幅提升网际网络的使用经验，让使用者能浏览逼真的线上博物馆与商店，以及下载高品质影片，Intel首次导入0.25微米技术，IntelPentiumIII晶体管数目约为950万颗。

与此同年，英特尔还发布了PentiumIIIXeon处理器。作为PentiumIIXeon的后继者，除了在内核架构上采纳全新设计以外，也继承了PentiumIII处理器新增的70条指令集，以更好执行多媒体、流媒体应用软件。除了面对企业级的市场以外，PentiumIIIXeon加强了电子商务应用与高阶商务计算的能力。在缓存速度与系统总线结构上，也有很多进步，很大程度提升了性能，并为更好的多处理器协同工作进行了设计。

2000年推出的Pentium4处理器内建了4200万个晶体管，以及采用0.18微米的电路，Pentium4初期推出版本的速度就高达1.5GHz，晶体管数目约为4200万颗，翌年8月，Pentium4处理理达到2GHz的里程碑。2002年英特尔推出新款IntelPentium4处理器内含创新的Hyper-Threading(HT）超线程技术。超线程技术打造出新等级的高性能桌上型电脑，能同时快速执行多项运算应用，或针对支持多重线程的软件带来更高的性能。超线程技术让电脑性能增加25%。除了为桌上型电脑使用者提供超线程技术外，英特尔也达成另一项电脑里程碑，就是推出运作频率达3.06GHz的Pentium4处理器，是首款每秒执行30亿个运算周期的商业微处理器，如此优异的性能要归功于当时业界最先进的0.13微米制程技术，翌年，内建超线程技术的IntelPentium4处理器频率达到3.2GHz。

PentiumM：由以色列小组专门设计的新型移动CPU，PentiumM是英特尔公司的x86架构微处理器，供笔记簿型个人电脑使用，亦被作为Centrino的一部分，于2003年3月推出。公布有以下主频：标准1.6GHz，1.5GHz，1.4GHz，1.3GHz，低电压1.1GHz，超低电压900MHz。为了在低主频得到高效能，Banias作出了优

化，使每个时钟所能执行的指令数目更多，并通过高级分支预测来降低错误预测率。另外最突出的改进就L2高速缓存增至1MB（P3-M和P4-M都只有512KB），估计Banias数目高达7700万的晶体管大部分就用在这上。

此外还有一系列与减少功耗有关的设计：增强型Speedstep技术是必不可少的了，拥有多个供电电压和计算频率，从而使性能可以更好地满足应用需求。

智能供电分布可将系统电量集中分布到处理器需要的地方，并关闭空闲的应用；移动电压定位（MVPIV）技术可根据处理器活动动态降低电压，从而支持更低的散热设计功率和更小巧的外形设计；经优化功率的400MHz系统总线；Micro －opsfusion微操作指令融合技术，在存在多个可同时执行的指令的情况下，将这些指令合成为一个指令，以提高性能与电力使用效率。专用的堆栈管理器，使用记录内部运行情况的专用硬件，处理器可无中断执行程序。

Banias所对应的芯片组为855系列，855芯片组由北桥芯片855和南桥芯片ICH4-M组成，北桥芯片分为不带内置显卡的855PM（代号Odem）和带内置显卡的855GM（代号Montara-GM），支持高达2GB的DDR266/200内存，AGP4X，USB2.0，两组ATA-100、AC97音效及Modem。其中855GM为三维及显示引擎优化InternalClockGating，它可以在需要时才进行三维显示引擎供电，从而降低芯片组的功率。

2005年Intel推出的双核心处理器有PentiumD和PentiumExtremeEdition，同时推出945/955/965/975芯片组来支持新推出的双核心处理器，采用90nm工艺生产的这两款新推出的双核心处理器使用是没有针脚的LGA775接口，但处理器底部的贴片电容数目有所增加，排列方式也有所不同。

桌面平台的核心代号Smithfield的处理器，正式命名为PentiumD处理器，除了摆脱阿拉伯数字改用英文字母来表示这次双核心处理器的世代交替外，D的字母也更容易让人联想起Dual-Core双核心的涵义。

Intel的双核心构架更像是一个双CPU平台，PentiumD处理器继续沿用Prescott架构及90nm生产技术生产。PentiumD内核实际上由于两个独立的2独立的Prescott核心组成，每个核心拥有独立的1MBL2缓存及执行单元，两个核

心加起来一共拥有2MB，但由于处理器中的两个核心都拥有独立的缓存，因此必须保正每个二级缓存当中的信息完全一致，否则就会出现运算错误。

为了解决这一问题，Intel将两个核心之间的协调工作交给了外部的MCH（北桥）芯片，虽然缓存之间的数据传输与存储并不巨大，但由于需要通过外部的MCH芯片进行协调处理，毫无疑问的会对整个的处理速度带来一定的延迟，从而影响到处理器整体性能的发挥。

由于采用Prescott内核，因此PentiumD也支持EM64T技术、XDbit安全技术。值得一提的是，PentiumD处理器将不支持Hyper-Threading技术。原因很明显：在多个物理处理器及多个逻辑处理器之间正确分配数据流、平衡运算任务并非易事。比如，如果应用程序需要两个运算线程，很明显每个线程对应一个物理内核，但如果有3个运算线程呢？因此为了减少双核心PentiumD架构复杂性，英特尔决定在针对主流市场的PentiumD中取消对Hyper-Threading技术的支持。

同出自Intel之手，而且PentiumD和PentiumExtremeEditionion两款双核心处理器名字上的差别也预示着这两款处理器在规格上也不尽相同。其中它们之间最大的不同就是对于超线程（Hyper-Threading）技术的支持。PentiumD不支持超线程技术，而PentiumExtremeEdition则没有这方面的限制。在打开超线程技术的情况下，双核心PentiumExtremeEditionion处理器能够模拟出另外两个逻辑处理器，可以被系统认成四核心系统。

PentiumEE系列都采用三位数字的方式来标注，形式是PentiumEE8xx或9xx，例如PentiumEE840等等，数字越大就表示规格越高或支持的特性越多。

PentiumEE8x0：表示这是Smithfield核心、每核心1MB二级缓存、800MHzFSB 的产品，其与PentiumD8x0系列的唯一区别仅仅只是增加了对超线程技术的支持，除此之外其它的技术特性和参数都完全相同。

PentiumEE9x5：表示这是Presler核心、每核心2MB二级缓存、1066MHzFSB 的产品，其与PentiumD9x0系列的区别只是增加了对超线程技术的支持以及将前端总线提高到1066MHzFSB，除此之外其它的技术特性和参数都完全相同。

单核心的Pentium4、Pentium4EE、CeleronD以及双核心的PentiumD和

PentiumEE等CPU采用LGA775封装。与以前的Socket478接口CPU不同，LGA775接口CPU的底部没有传统的针脚，而代之以775个触点，即并非针脚式而是触点式，通过与对应的LGA775插槽内的775根触针接触来传输信号。LGA775接口不仅能够有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。

第6代（2005年至今）是酷睿（core）系列微处理器时代，通常称为第6代。“酷睿”是一款领先节能的新型微架构，设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效，提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。酷睿2：英文名称为Core2Duo，是英特尔在2006年推出的新一代基于Core 微架构的产品体系统称。于2006年7月27日发布。酷睿2是一个跨平台的构架体系，包括服务器版、桌面版、移动版三大领域。其中，服务器版的开发代号为Woodcrest，桌面版的开发代号为Conroe，移动版的开发代号为Merom。

酷睿2处理器的Core微架构是Intel的以色列设计团队在Yonah微架构基础之上改进而来的新一代英特尔架构。最显著的变化在于在各个关键部分进行强化。为了提高两个核心的内部数据交换效率采取共享式二级缓存设计，2个核心共享高达4MB的二级缓存。

继LGA775接口之后，Intel首先推出了LGA1366平台，定位高端旗舰系列。首颗采用LGA1366接口的处理器代号为Bloomfield，采用经改良的Nehalem核心，基于45纳米制程及原生四核心设计，内建8-12MB三级缓存。LGA1366平台再次引入了Intel超线程技术，同时QPI总线技术取代了由Pentium4时代沿用至今的前端总线设计。最重要的是LGA1366平台是支持三通道内存设计的平台，在实际的效能方面有了更大的提升，这也是LGA1366旗舰平台与其他平台定位上的一个主要区别。

作为高端旗舰的代表，早期LGA1366接口的处理器主要包括45nmBloomfield 核心酷睿i7四核处理器。随着Intel在2010年买入32nm工艺制程，高端旗舰的代表被酷睿i7-980X处理器取代，全新的32nm工艺解决六核心技术，拥有最强大的性能表现。对于准备组建高端平台的用户而言，LGA1366依然占据着高端市场，酷睿i7-980X以及酷睿i7-950依旧是不错的选择。

IntelCorei7是一款45nm原生四核处理器，处理器拥有8MB三级缓存，支持三通道DDR3内存。处理器采用LGA1366针脚设计，支持第二代超线程技术，也就是处理器能以八线程运行。根据网上流传的测试，同频Corei7比Core2Quad 性能要高出很多。

综合之前的资料来看，英特尔首先会发布三款IntelCorei7处理器，频率分别为3.2GHz、2.93GHz和2.66GHz，主频为3.2GHz的属于IntelCorei7Extreme，处理器售价为999美元，当然这款顶级处理器面向的是发烧级用户。而频率较低的2.66GHz的定价为284美元，约合1940元人民币，面向的是普通消费者。全新一代Corei7处理器将于2013年第四季度推出。

而从英特尔技术峰会2008（IDF2008）上英特尔展示的情况来看，corei7的能力在core2extremeqx9770(3.2GHz)的三倍左右。IDF上，intel工作人员使用一颗corei73.2GHz处理器演示了CineBenchR10多线程渲染，结果很惊人。渲染开始后，四颗核心的八个线程同时开始工作，仅仅19秒钟后完整的画面就呈现在了屏幕上，得分超过45800。相比之下，core2extremeqx97703.2GHz只能得到一万两千分左右，超频到4.0GHz才勉强超过15000分，不到corei7的3分之一。corei7的超强实力由此可窥见一斑。

Corei5是一款基于Nehalem架构的四核处理器，采用整合内存控制器，三级缓存模式，L3达到8MB，支持TurboBoost等技术的新处理器电脑配置。它和Corei7（Bloomfield）的主要区别在于总线不采用QPI，采用的是成熟的DMI （DirectMediaInterface），并且只支持双通道的DDR3内存。结构上它用的是LGA1156接口，Corei7用的是LGA1366。i5有睿频技术，可以在一定情况下超频。

Corei3可看作是Corei5的进一步精简版（或阉割版），将有32nm工艺版本（研发代号为Clarkdale，基于Westmere架构）这种版本。Corei3最大的特点是整合GPU（图形处理器），也就是说Corei3将由CPU+GPU两个核心封装而成。由于整合的GPU性能有限，用户想获得更好的3D性能，可以外加显卡。值得注意的是，即使是Clarkdale，显示核心部分的制作工艺仍会是45nm。i3i5区别最大之处是i3没有睿频技术。

2010年6月，Intel再次发布革命性的处理器——第二代Corei3/i5/i7。第二

代Corei3/i5/i7隶属于第二代智能酷睿家族，全部基于全新的SandyBridge微架构，相比第一代产品主要带来五点重要革新：1、采用全新32nm的SandyBridge微架构，更低功耗、更强性能。2、内置高性能GPU（核芯显卡），视频编码、图形性能更强。3、睿频加速技术2.0，更智能、更高效能。4、引入全新环形架构，带来更高带宽与更低延迟。5、全新的AVX、AES指令集，加强浮点运算与加密解密运算。

SNB(SandyBridge）是英特尔在2011年初发布的新一代处理器微架构，这一构架的最大意义莫过于重新定义了“整合平台”的概念，与处理器“无缝融合”的“核芯显卡”终结了“集成显卡”的时代。这一创举得益于全新的32nm制造工艺。由于SandyBridge构架下的处理器采用了比之前的45nm工艺更加先进的32nm制造工艺，理论上实现了CPU功耗的进一步降低，及其电路尺寸和性能的显著优化，这就为将整合图形核心（核芯显卡）与CPU封装在同一块基板上创造了有利条件。此外，第二代酷睿还加入了全新的高清视频处理单元。视频转解码速度的高与低跟处理器是有直接关系的，由于高清视频处理单元的加入，新一代酷睿处理器的视频处理时间比老款处理器至少提升了30%。新一代SandyBridge处理器采用全新LGA1155接口设计，并且无法无LGA1156接口兼容。SandyBridge是将取代Nehalem的一种新的微架构，不过仍将采用32nm工艺制程。比较吸引人的一点是这次Intel不再是将CPU核心与GPU核心用“胶水”粘在一起，而是将两者真正做到了一个核心里。

在2012年4月24日下午北京天文馆，intel正式发布了ivybridge（IVB）处理器。22nmIvyBridge会将执行单元的数量翻一番，达到最多24个，自然会带来性能上的进一步跃进。IvyBridge会加入对DX11的支持的集成显卡。另外新加入的XHCIUSB3.0控制器则共享其中四条通道，从而提供最多四个USB3.0，从而支持原生USB3.0。cpu的制作采用3D晶体管技术的CPU耗电量会减少一半。

2004年到2013年，全球发生的各类信息安全事件超过了3万件，从2010年开始，较大规模的信息安全类事件更是层出不穷。如：2012年，美国利用网络病毒Stuxnet，攻击伊朗纳坦兹核工厂计算机系统，造成近千台主要核设施瘫痪；2013年，美国前中情局(CIA)职员爱德华·斯诺登曝光了美国国家安全局的“棱

镜”项目，该项目要求电信巨头威瑞森公司必须每天上交数百万用户的通话记录；2015年4月9日，美国商务部决定禁止Intel公司向中国４家国家超级计算机中心出售“至强”(Xeon)芯片，这一限制措施主要针对与中国的天河-1A和天河二号相关的4家中国机构，包括国防科学技术大学。各类信息安全事件表明，采用国外核心硬件的计算机具有不可控的漏洞和后门，存在重大的安全隐患，计算机ＣＰＵ受制于人，对我国的信息安全和科学技术进步带来了严重的不良后果。

发展以CPU和操作系统为核心的自主软硬件已经成为中国的国家战略。经过自“十五”以来十余年的努力，已经成功研发了龙芯、飞腾、申威、国芯、Unicore 多个系列的CPU，部分设计技术已经达到了世界先进水平，在实际应用方面也取得了许多重大突破，展现出良好的势头。

龙芯1号：2002年8月，龙芯1号流片成功。龙芯1号［是我国首枚高性能通用CPU，其系列产品有1A、1B、1C、1D。龙芯1号为单核、低功耗、低成本的SOC嵌入式微处理器，采用0.18μm的CMOS工艺制造，定点字长为32位，配有符合IEEE754标准的64位浮点部件，集成了指令CACHE和数据CACHE，最高主频为300MHZ，是中国自行研制的第一枚通过SPECCPU2000基准程序测试的CPU。

龙芯2号：龙芯二号CPU 采用先进的四发射超标量超流水结构，片内一级指令和数据高速缓存各64KB，片外二级高速缓存最多可达8MB.最高频率为1000MHz，功耗为3-5瓦，远远低于国外同类芯片，其SPEC CPU2000测试程序的实测性能是1.3GHz的威盛处理器的2-3倍，已达到中等Pentium4水平。

龙芯3号：龙芯3A的工作频率为900MHz～1GHz，功耗约15W，频率为1GHz 时双精度浮点运算速度峰值达到每秒160亿次，单精度浮点运算速度峰值每秒320亿次。龙芯3A采用意法半导体公司（STMicro）65纳米CMOS工艺生产，晶体管数目达4.25亿个，芯片采用BGA封装，引脚的数目为1121个，功耗小于15瓦。龙芯3A集成了四个64位超标量处理器核、4MB的二级Cache、两个DDR2/3内存控制器、两个高性能HyperTransport控制器、一个PCI/PCIX控制器以及LPC、SPI、UART、GPIO等低速I/O控制器。龙芯3A的指令系统与MIPS64兼容并通过指令扩展支持X86二进制翻译。