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【香山双周报 50】20240429期

欢迎来到我们的双周报专栏，本次是香山双周报专栏的第 50 期。我们将通过这一专栏，定期介绍香山的开源进展，希望与大家共同学习、一起进步。

近期，昆明湖各组持续推进面积、时序、功耗的优化。此外，前端重构了 ICache 和 ITLB，newBackend 合入主线，CHI 总线的 XSTile 集成完成，BOP 优化和 DCache Evict on Refill 优化合入主线，多核 TLTest + VIP 的测试环境完成搭建。本期还更新了昆明湖架构近期性能。

近期进展

前端

  • 初始化 s2_req_vsetIdx 寄存器解决 X 态传播问题（#2909）
  • 添加 sstval 的前端支持（#2850）
  • 完成重构新 ICache 和 ITLB 的时序调优
  • 通过对 FTBBank 分 Row gate 提升 clock gating efficiency

后端流水线

  • 完成 Load 推测唤醒依赖向量 LoadDependency 减少一位，优化面积（#2911）
  • 新后端时序优化分支合入主线（#2908）
  • 优化重命名快照生成策略，提高快照的利用率
  • 去除向量访存指令唤醒时的错误依赖关系，提高向量访存性能

访存与缓存

  • CHI 总线
    • 完成 CHI 总线的 XSTile 集成，实现 MMIO 空间的 TL 转 CHI 转接桥
    • CHI-CoupledL2 系统测试添加 VCS 仿真 difftest 功能，目前成功通过 uart 串口测试程序、stream 测试、coremark 测试
    • CHI-CoupledL2 优化关键路径违例（90 ps -> 56 ps），优化 L2 面积（74 w -> 63.9w）
  • H 扩展
    • 调试 H 扩展合入 NewBackend 后产生的 bug，目前通过了 Xvisor 的测试，但仍未通过 KVM 测试
  • 向量访存
    • 推进 Segment 向量访存指令的实现和验证，开始合并 master 分支并对接验证需求
  • 性能优化
    • L2 BOP 预取虚地址训练优化合入香山主线（#2382）
    • DCache Evict on Refill 优化合并入香山主线（#2919）
    • 优化 L2 DRRIP 替换并实现 Hawkeye 替换
    • 完成 Temperal 预取器 meta 共享 L2 data 空间并添加所占 way 数限制，但测试性能不及预期
    • 优化 RequestBuffer 中正常请求和预取请求的仲裁逻辑
    • L2 缓存数据压缩算法通过 TLTest 验证，正在修复 spec 测试的 bug
  • 功耗优化
    • 访存子模块静态门控覆盖率优化功耗评估，模块总功耗降低 14.34%
  • 多核测试
    • 完成多核 TLTest + VIP 的测试环境，开始多核压力测试

评估

我们采用 SimPoint 对程序进行采样，基于我们自定义的 Checkpoint 格式制作检查点镜像，Simpoint 聚类的覆盖率为 80%。SPEC06 使用 gcc 12 进行编译，开启 O3 优化，采用 jemalloc 内存库，设置 SPEC06FP 的 -ffp-contraction 选项为 fast，指令集为 RV64GCB。我们使用 4月29日 19fbeaf47的香山处理器（缓存大小配置为 64KB L1 ICache + 64KB L1 DCache + 1MB L2 + 16MB L3，访存单元为 3ld3st 流水线），在仿真环境下运行了 SPEC06 片段，使用 DRAMsim3 模拟 CPU 在 3GHz 情况下 DDR4-3200 内存的延迟。以下为 SPECCPU 2006 的分数估计情况：

SPECint 2006 @ 3GHz SPECfp 2006 @ 3GHz
400.perlbench 35.82 410.bwaves 60.23
401.bzip2 26.58 416.gamess 42.50
403.gcc 47.87 433.milc 37.17
429.mcf 61.37 434.zeusmp 40.79
445.gobmk 30.29 435.gromacs 30.34
456.hmmer 38.32 436.cactusADM 42.14
458.sjeng 30.44 437.leslie3d 41.36
462.libquantum 121.28 444.namd 30.60
464.h264ref 57.09 447.dealII 68.63
471.omnetpp 39.58 450.soplex 55.52
473.astar 31.45 453.povray 53.07
483.xalancbmk 73.18 454.Calculix 19.49
GEOMEAN 44.62 459.GemsFDTD 30.69
465.tonto 33.68
470.lbm 93.81
481.wrf 36.10
482.sphinx3 48.50
GEOMEAN 42.16

上述分数为基于程序片段的分数估计，非完整 SPEC CPU 2006 评估，和真实芯片实际性能可能存在偏差！

后记

香山开源处理器正在火热地开发中，新的功能与新的优化在持续添加中，我们将通过香山双周报专栏定期地同步我们的开源进展。感谢您的关注，欢迎在后台留言与我们交流！

在香山昆明湖架构研发后期，性能会每月公布一次，敬请期待！

相关链接

  • 香山技术讨论 QQ 群：879550595
  • 香山技术讨论网站：https://github.com/OpenXiangShan/XiangShan/discussions
  • 香山文档：https://xiangshan-doc.readthedocs.io/

编辑：高泽宇、唐浩晋、李燕琴、蔡洛姗

审校：香山宣传工作组