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龙芯3A5000是龙芯中科研发的首款支持龙芯自主指令集（LoongArch）的通用多核处理器，主要面向桌面计算机和服务器应用。龙芯3A5000片内集成4个64位LA464高性能处理器核、16MB的分体共享三级Cache、2个DDR4内存控制器（支持DDR4-3200）、2个16位HT（HyperTransport）控制器、2个I2C、1个UART、1个SPI、16路GPIO接口等。龙芯3A5000中多个LA464核及共享三级Cache模块，通过AXI互连网络形成一个分布式共享片上末级Cache的多核结构。
采用基于目录的Cache一致性协议来维护Cache一致性。另外，龙芯3A5000还支持多片扩展，将多个芯片的HT总线直接互连就形成更大规模的共享存储系统（最多可支持16片互连）。
LA464是支持Loongarch指令集的四发射64位高性能处理器核，具有256位向量部件。LA464的结构如图所示，主要特点如下：
四发射超标量结构，具有四个定点、两个向量、两个访存部件；支持寄存器重命名、动态调度、转移预测等乱序执行技术；每个向量部件宽度为256位，可支持8个双32位浮点乘加运算或4个64位浮点运算；一级指令Cache和数据Cache大小各为64KB，4路组相联；牺牲者Cache（Victim Cache）作为私有二级Cache，大小为256KB，16路组相连；支持非阻塞（Non-blocking）访问及装入猜测（Load Speculation）等访存优化技术；支持标准的JTAG调试接口，方便软硬件调试。
龙芯3A5000芯片整体架构基于多级互连实现，结构如上图所示（图为芯片版图）。
第一级互连采用5x5的交叉开关，用于连接四个LA464核（作为主设备）、四个共享Cache模块（作为从设备）、以及一个IO端口连接IO-RING。IO端口使用一个Master和一个Slave。第二级互连采用5x3的交叉开关，连接4个共享Cache模块（作为主设备），两个DDR3/4内存控制器、以及一个IO端口连接IO-RING。IO-RING连接包括4个HT控制器，MISC模块，SE模块与两级交叉开关。两个HT控制器（lo/hi）共用16位HT总线，作为两个8位的HT总线使用，也可以由lo独占16位HT总线。HT控制器内集成一个DMA控制器，DMA控制器负责IO的DMA控制并负责片间一致性的维护。上述互连结构都采用读写分离的数据通道，数据通道宽度为128bit，与处理器核同频，用以提供高速的片上数据传输。此外，一级交叉开关连接4个处理器核与Scache的读数据通道为256位，以提高片内处理器核访问Scache的读带宽。
龙芯3A5000主频可达2.5GHz，峰值浮点运算能力达到160GFLOPS。
龙芯3A3000 7A1000桥片中CPU、GPU、DC间的同步与通信为例说明处理器与IO间的通信。如图所示，龙芯3A3000处理器和龙芯7A1000桥片通过HyperTransport总线相连，7A1000桥片中集成GPU、DC（显示控制器）以及专供GPU和DC使用的显存控制器。CPU可以通过PIO方式读写GPU中的控制寄存器、DC中的控制寄存器以及显存；GPU和DC可以通过DMA方式读写内存，GPU和DC还可以读写显存。
CPU或GPU周期性地把要显示的数据写入帧缓存（Frame Buffer），DC根据帧缓存的内容进行显示。帧缓存可以分配在内存中，GPU和DC通过DMA方式访问内存中的帧缓存；在独立显存的情况下，帧缓存分配在独立显存中，CPU直接把要显示的数据写入帧缓存，或者GPU通过DMA方式从内存中读取数据并把计算结果写入帧缓存，DC直接读取帧缓存的内容进行显示。根据是否由GPU完成图形计算以及帧缓存是否分配在内存中，常见的显示模式有以下四种。
模式一：不使用GPU，CPU与DC共享内存。不使用桥片上的显存，而在内存中分配一个区域专供显示使用，这个区域称之为帧缓存（framebuffer）。需要显示时，CPU通过正常内存访问将需要显示的内容写入内存中的帧缓存，然后通过PIO方式读写DC中的控制寄存器启动DMA，DC通过DMA操作读内存中的帧缓存并进行显示，如图a所示。
模式二：不使用GPU，DC使用独立显存。DC使用桥片上的显存，这个区域称之为帧缓存。需要显示时，CPU将需要显示的内容从内存读出，再通过PIO方式写入独立显存上的帧缓存，然后通过PIO操作读写DC中的控制寄存器启动DMA，DC读显存上的帧缓存并进行显示，如图b所示。
模式三：CPU与GPU/DC共享内存。需要显示时，CPU在内存中分配GPU使用的空间，并将相关数据填入，然后CPU通过PIO读写GPU中的控制寄存器启动DMA操作，GPU通过DMA读内存并将计算结果通过DMA写入内存中的帧缓存，CPU通过PIO方式读写DC中的控制寄存器启动DMA，DC通过DMA方式读内存中的帧缓存并完成显示，如图c所示。
模式四：GPU/DC使用独立显存。需要显示时，CPU在内存中分配GPU使用的空间，并将相关数据填入，然后CPU通过PIO读写GPU中的控制寄存器启动DMA操作，GPU通过DMA读内存并将计算结果写入显存中的帧缓存，DC读显存中的帧缓存并完成显示，如图d所示。
