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【香山双周报 62】20241028 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 62 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 ECC 到 Bus Error Unit 路径上的 Mux1H，后端 VS/S/M 模式双重陷入拓展 (Ss/mdbltrp) 正在合入主线，访存和缓存部分修复了向量异常相关的 Bug。本期还更新了昆明湖架构近期性能。

近期进展

前端

  • Bug 修复

    • ECC 到 Bus Error Unit 路径上的 Mux1H 修复 (#3784)

  • 时序

    • FTQ -> FDIP 预取的时序优化 (#3499)
    • 将 io.flush 从预取的关键路径上移除 (#3542)
    • s2_finish 到预取的时序优化 (#3545)

  • Code Style

    • 打开了 scalafmt 自动格式化，并在 CI 加入自动检查 (#3370)
    • 移除了未使用的 import，手动格式化一些 scalafmt 处理得不好的折行 (#3791)

后端流水线

  • Bug 修复

    • 修复 H 拓展 gpa 获取不一致的问题以及修复 Misalign 访存相关 TLB 的问题 (#3681, #3679)
    • 修复向量访存异常在写回时，如果有更老的异常时，isEnqExcp 应置零的问题 (#3778)
    • 修复 ebreak 指令触发 breakpoint 异常时，以及压缩指令发生非法指令异常时，xtval 更新错误的问题 (#3769, #3762)，NEMU 也完成了对应修改 (#599)
    • 修复向量访存 trigger 相关问题 (#3772, #3745)
    • 修复 CSR 异常分开存储导致的错误拉高问题 (#3771)
    • 修复 xcause 的中断选择策略与 xtopi 不一致的问题（#3753）
    • 修复 NEMU 在部分指令设置 xstatus.FS 为 Dirty 时的行为与 RTL 不一致的问题 (#606, #605, #598, #595, #591, #588)
    • 修复 Misalign 访存相关 TLB 的问题 (#3731)

  • 时序/功耗优化

    • 优化唤醒，取消以及访存依赖时序 (#3737)
    • 评估后端面积优化点以及潜在收益

  • RVA23 Profile

    • 计数溢出和基于特权级的过滤拓展 (Sscofpmf): 添加 RTL 指导 NEMU overflow 更新，RTL 支持基于特权级的过滤 (#3771)，NEMU 完成 mhpmevent 实现以及相应修改 (#574)
    • VS/S/M 模式双重陷入拓展 (Ss/mdbltrp) 正在合入主线（#3789）
    • NEMU 实现 A 拓展的 trigger 支持 (#592)

访存与缓存

  • CHI 总线

    • CHI-L3: OpenLLC + OpenNCB 合入主线（配置：KunminghuV2Config）(#3672)

  • Bug 修复

    • 修复连续的两条 MMIO 访存，均发生 non-data error 异常时导致的卡死问题 (#3728)
    • 修复对非对齐的 HLV（hypervisor load）指令进行拆分后，丢失虚拟化相关信息的 Bug (#3759)
    • 修复未执行完毕一条非对齐指令前，StoreQueue 误提交该指令的 Bug (#3758)
    • 修复向量异常相关的 Bug，保证向量访存指令在乱序执行后，能够保留按顺序最早的一项异常 (#3733)
    • 修复由向量访存单元无法接收 uop 发射导致的卡死问题 (#3741)

  • PPA 优化

    • MemBlock 内部和端口时序持续优化，目前内部违例优化至 -45ps，近期优化包括：去除 Dcache s2tag 到 dataArray 之间的关键路径、优化 MemBlock 向 L2 Cache 发送 CMO 请求的时序、优化 LoadUnit 写回端口的选择逻辑，以及非对齐访存的异常写回逻辑等 (#3748)
    • 对 DCache SRAM 添加 clock gating，memory 的内部功耗降低 51%

  • 工具

    • CHIron：实现以二进制形式存储 CHI Log 信息，相较于文本格式存储，解析速度快 6 倍，文件空间占用减少 83%
    • TL-test-new：添加 OpenLLC 的 CI 流程，支持 MMIO 测试
    • L2 HPM（性能计数器）：根据物理设计调整连线 (#3747)

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%。SPEC CPU2006 使用 gcc 12 进行编译，开启 O3 优化，采用 jemalloc 内存库，设置 SPECfp 2006 的-ffp-contraction 选项为 fast，指令集为 RV64GCB。我们使用 10 月 26 日 b3c3582 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 SPEC CPU2006 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 37.85 410.bwaves 75.02
401.bzip2 25.53 416.gamess 43.49
403.gcc 46.49 433.milc 43.61
429.mcf 57.50 434.zeusmp 56.80
445.gobmk 30.18 435.gromacs 37.38
456.hmmer 40.83 436.cactusADM 48.77
458.sjeng 30.18 437.leslie3d 43.82
462.libquantum 125.07 444.namd 34.69
464.h264ref 57.81 447.dealII 74.53
471.omnetpp 40.01 450.soplex 54.54
473.astar 29.00 453.povray 55.93
483.xalancbmk 74.74 454.Calculix 18.32
GEOMEAN 44.49 459.GemsFDTD 37.82
465.tonto 38.21
470.lbm 102.05
481.wrf 42.68
482.sphinx3 52.71
GEOMEAN 47.42

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