【香山双周报 58】20240902 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 58 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，前端修复了 prefetchPipe s1 级状态机中软件预取相关转移的设计缺陷，后端支持了 Sstval/Shvstval 扩展，访存和缓存部分实现了 48 位虚存管理（Sv48）扩展。本期还更新了昆明湖架构近期性能。

近期进展

前端

Bug 修复
- 修复 prefetchPipe s1 级状态机中软件预取相关转移的设计缺陷 (#3433)
- 修复前端 Topdown 仿真计数器和硬件 PMU (#3437)

后端流水线

Bug 修复
- 持续推进功能 Bug 修复，共修复 30 余例，以下是部分 PR：
- 修复 H 拓展功能 Bug (#3450, #3447, #3442, #3428, #3427, #3423, #3420, #3397, #3385)
- 修复 Debug 拓展功能 Bug (#3441, #3422, #3418,#3395)
- 修复 V 拓展功能 Bug (#3430, #3384)
时序优化
- 持续推进时序优化，内部时序违例 -50ps，距离目标 -15ps
- 移除 DataPath 中部分 loadCancel 信号 (#3457)
- v0,vl 寄存器堆写回信号改为寄存器直出 (#3387)
RVA23 Profile
- 浮点加载常数和特殊偏序比较拓展 (Zfa) 正在合入主线 (#3439)
- 支持 FP16 访存和数据类型转换 (Zfhmin) (#3421)
- 支持 Sstval/Shvstval (非法指令异常时保存对应指令编码在 tval CSR 中) (#3407)
- 可恢复非屏蔽中断 (Smrnmi) 拓展正在合入主线 (#3480)

访存与缓存

CHI 总线
- CHI to AXI4 转接桥：完成事务队列的设计实现，实现五种事务的乱序策略，正在完成协议层接口的实现
- 为 CHI 与 CLINT 异步桥添加开关，可以在 SoCParameters 中设置参数 (#3459)
RVA23 Profile
- CMO 指令实现：修复若干 Bug，成功通过简单的 XiangShan 系统指令测试；通过 CMO RISCV-tests。将 CMO 指令拓展 Zicbom 合入主线（#3426）
- 软件预取（Zicbop）扩展：优化软件指令预取有关的时序 (#3425)
- 48 位虚存管理（Sv48）扩展：修复 48 位物理地址有关的 Bug，目前已经通过 48 位物理地址自测用例 (#3424)
性能
- TP meta on L2 迁移至新 master，进行性能评估
- 发现 load 发射队列频繁抢占失败带来的一系列性能 Bug，正在分析和修复
Bug 修复
- 修复 LoadReplayQueue 无法入队，导致 load 指令丢失的 Bug (#3436)
- 添加 AXI4Error 外设，使得仿真环境下 SoC 能够识别非法地址并返回 non-data error 给 CPU；同时修复 store access fault 异常时 mtval 更新错误的 Bug (#3458)
- 修复向量访存与非对齐访问相关的 Bug，目前只有标量可以硬件处理非对齐，向量仍然需要报异常由软件处理 (#3460)、(#3462)
PPA 优化
- L2 Cache 上使用 SRAM 搭建 Queue，对 data SRAM 进行拆分。时序评估正常，面积有所优化，功耗增加过多
- 继续修复 MemBlock 的关键路径，主要包括简化 DCache MSHR 入队逻辑、优化 LDU s0 的路径、打断长流水线（向量地址生成模块）的 ready 串联逻辑。准备合入主线 (#3467)

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 100%。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 8 月 24 日 49162c9 版本的香山处理器（缓存大小配置为 64KB L1 ICache + 64KB L1 DCache + 1MB L2 + 16MB L3，访存单元为 3ld2st 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 SPEC CPU2006 的分数估计情况：

SPECint 2006 est.	@ 3GHz	SPECfp 2006 est.	@ 3GHz
400.perlbench	33.66	410.bwaves	76.67
401.bzip2	24.99	416.gamess	43.33
403.gcc	47.90	433.milc	42.42
429.mcf	58.75	434.zeusmp	59.01
445.gobmk	30.17	435.gromacs	37.87
456.hmmer	40.28	436.cactusADM	47.68
458.sjeng	29.72	437.leslie3d	46.13
462.libquantum	127.00	444.namd	34.34
464.h264ref	56.62	447.dealII	73.80
471.omnetpp	41.22	450.soplex	54.63
473.astar	29.09	453.povray	55.70
483.xalancbmk	75.13	454.Calculix	18.15
GEOMEAN	44.18	459.GemsFDTD	37.00
		465.tonto	35.73
		470.lbm	101.16
		481.wrf	42.20
		482.sphinx3	51.45
		GEOMEAN	47.15

上述分数为基于程序片段的分数估计，非完整 SPEC CPU2006 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！

【香山双周报 58】20240902 期

近期进展

前端

后端流水线

访存与缓存

评估

后记

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