【香山双周报 64】20241125 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 64 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 BPU s2_fire 的赋值，后端调试模式完成 dcsr 剩余字段设计，访存和缓存部分修复前端取指出现 guest page fault 时，gpaddr 生成逻辑错误的 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
- BPU s2_fire 赋值修复 (#3850)
- 修复 xstatus.FS 关闭时 C 扩展 fp 指令报异常时 xtval 的值不正确的问题 (#3859)
- 不允许顺序取指跨越 MMIO/非MMIO边界 (#3873)
- 修复 H 扩展取指 Guest Page Fault 时 gpaddr 不正确的问题 (#3795)
- 修复支持 Zcb 后剩余 16b 空间指令异常时 xtval 的值不正确的问题 (#3886)
功能
- L1 ICache 校验出错时从 L2 重新取指 (#3899)
功耗
- BPU 动态时钟门控率优化 (#3579, #3670)
- 增加 SRAM 时钟门控，前端功耗降低 10% (#3889)

后端流水线

Bug 修复
- 修复 Debug 模式相关问题：
  - 修复 dret 返回到机器模式时，未清除虚拟特权级标志位 (#3898)
  - 修复 vstval 在访存 trigger 触发 breakpoint 异常时没有正确更新 (#3875)
- 修复 fround/fcvtmod.w.d 指令实现问题 (#3816)
- 修复 vnclip 立即数是无符号数问题 (#3894)
- 修复 vlbusytable 向量浮点与整数混淆的问题 (#3909)
- 修复 critical-error 信号传递过早导致 difftest 比对失败 (#3885)
- 修复 flh/fsh 在 fs 关闭的时候应当报非法指令异常的问题 (#3841)
- 修复 ase64ks1i 保留位未报非法指令异常的问题 (#3845)
- 修复大量 NEMU 模拟器与 RTL 未对齐的问题 (#669, #667, #666, #665, #664)
时序/面积优化
- 完成去除 dispatch queue 的新版分派算法，正在评估性能
- 评估裁剪浮点乘加流水线条数后的性能
RVA23 Profile
- 调试模式完成 dcsr 剩余字段 stopcount, stoptime, nmip, certig, extcause 设计
- 支持 critical error 进入 debug 模式 (#3786)
- 完善 spike 对 smrnmi/dbltrp 拓展的支持 (#3870)
工具
- 在 verilog 代码中插入编译所用 RTL 版本的 commitID 信息 (#3818)

访存与缓存

RVA23 Profile
- 实现完成支持 uncache outstanding 的初版 RTL 代码，正在完善自测用例并进行测试（#3900）
- 在 RTL 和 NEMU 中为验证 DCache ECC 添加硬件故障注入指令（#3923），正在本地 AM 环境中进行测试
- 完成 RTL 和 NEMU 对 pointer masking（Ssnpm + Smnpm + Smmpm）扩展的支持，正在整理代码准备合入主线（XiangShan #3921, NEMU #677）
Bug 修复
- 修复 NEMU 在虚拟化 G-stage 翻译中 GVPNi 生成逻辑错误，导致根页表的物理地址计算错误的 Bug（NEMU #673）
- 修复前端取指出现 guest page fault 时，gpaddr 生成逻辑错误的 Bug（#3871）
- 修复 load 指令首次进入 LoadQueueReplay 且需 redirect 时，enqMask 的生成逻辑（#3884）
PPA 优化
- 时序：MemBlock 优化 ECC 校验相关的关键路径，优化时序违例 -54ps -> -40ps (#3908)
- 面积：
- 优化 L1 TLB 中寄存器多份复制导致的面积冗余，优化后 L1 TLB 面积降低约 24% (#3903)
- DCache 容量不变的同时由 8-way 改为 4-way (#3849)
- Directory 中合并 tagArray 与 eccArray (#3902)
- 删除 MemBlock 中冗余的信号/逻辑以优化面积 (#3560)
- 功耗：为 DCache SRAM 添加门控，MemBlock 总功耗降低 23.38% (#3824)

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 11 月 22 日 f12520c 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	38.09	410.bwaves	66.01
401.bzip2	25.53	416.gamess	43.43
403.gcc	47.23	433.milc	45.26
429.mcf	58.81	434.zeusmp	56.88
445.gobmk	30.26	435.gromacs	37.45
456.hmmer	40.79	436.cactusADM	49.19
458.sjeng	30.27	437.leslie3d	45.32
462.libquantum	124.42	444.namd	34.65
464.h264ref	57.74	447.dealII	74.48
471.omnetpp	40.03	450.soplex	54.65
473.astar	29.06	453.povray	55.00
483.xalancbmk	74.23	454.Calculix	18.33
GEOMEAN	44.64	459.GemsFDTD	40.22
		465.tonto	38.16
		470.lbm	102.48
		481.wrf	43.22
		482.sphinx3	53.24
		GEOMEAN	47.48

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 64】20241125 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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