【香山双周报 60】20240930 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 60 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 FTB 多路命中的处理，后端支持了虚拟中断注入，访存和缓存部分添加向量 vstart、trigger 的支持。本期还更新了昆明湖架构近期性能。

近期进展

前端

• Bug 修复
  • 适配 write addr 和 read addr 不允许相同的双端口 SRAM (#3671, #3606)
  • 删除 reset_vector 打拍，保证为异步复位 (#3669)
  • 修复 FTB 多路命中的处理 (#3641)
  • 修复 BPU s3 级对 fallThroughErr 的处理 (#3636)
  • 修复 BPU 在 FTB 未命中时的全局历史维护 (#3635)

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: (#3685, #3660, #3657, #3624, #3580, #3575, #3569, #3561, #3553)
  • 修复特权级功能 Bug: (#3634, #3620, #3647, #3665, #3644, #3640, #3577, #3557, #3534)
  • 修复 V 拓展功能 Bug: (#3664, #3658, #3643, #3607)
  • 修复 Debug 拓展功能 Bug：(#3585, #3683)
  • 修复 AIA 拓展功能 Bug: (#3612, #3547)
  • 修复核内异步复位和接 X 态的 Bug：(#3669, #3668, #3667)

• 时序/功耗优化

  • 持续推进时序功耗优化，目前后端模块内最大违例 -40ps, 跨模块端口违例 -70ps, 门控率 97.34%
  • 优化 load/store queue allocNumber 逻辑，由加法器实现改为 7 选 1 逻辑 (#3531)
  • 添加 IQ 和 rob 部分寄存器门控 (#3602, #3583)

• RVA23 Profile

  • H 拓展支持在 Guest-Page-Fault 时更新 mtinst/htinst (#3604)
  • 支持虚拟中断注入 (#3496)

访存与缓存

• CHI 总线
• 完成 CHI2AXI 转接桥 OpenNCB 实现

• 成功进行 CHI-SoC 集成测试，相关代码正在合入主线；测试发现大幅性能下降问题（相较 T L 版本），正在定位原因

• RVA23 Profile

• 缓存操作指令扩展（Zicboz / Zicbom）修复若干 CSR 与非法指令检查问题，使其满足手册要求
• 编写并进行 CBO.INVAL 指令功能测试

• 添加向量 vstart、trigger 的支持，完善向量访存 fault-only-first 指令的实现 (#3690)

• 性能

• TP：完成 TP 迭代优化设计

• Store：基于 memset pattern 做性能优化，主要包括提高 sbuffer 利用率以及实现基于 SPB 的预取器 (#3632)

• Bug 修复

• 修复 CoupledL2 DCT 中 meta clients 更新问题 (#3648)
• 修复一系列 CoupledL2 中与仲裁和请求嵌套相关的 Bug (#3621), (#3637)

• 修复高位地址截断导致的异常判断错误问题、修复异常地址未被正确写入 *tval 寄存器的 Bug (#3629), (#3639), (#3674)

• 时序 & 面积优化

• MemBlock 时序：优化 Dcache TagArray 相关的关键路径
• CHI-CoupledL2 时序：优化 PCredit 的管理和仲裁逻辑
• RVA23 时序：修复由 CMO 扩展引入的 MemBlock 与 L2 间端口时序问题，相关代码正在合入主线

• L2 MCP2 约束：检查所有相关信号并修复了若干违例情况 (#3633)

• 工具

• 成功搭建 TL-Test-new + NoC 测试框架
• 添加 CHI 版本 HPM 性能计数器，重构、更新 HPM 代码 (#3631)

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 9 月 27 日 18560912f 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	37.94	410.bwaves	75.43
401.bzip2	25.57	416.gamess	44.04
403.gcc	46.57	433.milc	43.41
429.mcf	57.44	434.zeusmp	57.57
445.gobmk	30.19	435.gromacs	37.43
456.hmmer	41.45	436.cactusADM	48.71
458.sjeng	30.26	437.leslie3d	44.15
462.libquantum	125.11	444.namd	34.79
464.h264ref	57.91	447.dealII	75.53
471.omnetpp	39.88	450.soplex	54.70
473.astar	29.07	453.povray	56.33
483.xalancbmk	74.70	454.Calculix	18.34
GEOMEAN	44.58	459.GemsFDTD	38.17
		465.tonto	38.59
		470.lbm	102.05
		481.wrf	44.27
		482.sphinx3	53.03
		GEOMEAN	47.76

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！

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：李燕琴、林志达、满洋、刘泽昊、冯浩原、马月骁

审校：香山宣传工作组