【香山双周报 85】20250915 期
欢迎来到香山双周报专栏，我们将通过这一专栏定期介绍香山的开发进展。我们期待您的贡献。
本次是第 85 期双周报。
在本次双周报中，我们非常高兴地向大家宣布，香山要有属于自己的编译器了！香山编译器（XiangShan Compiler Collection, XSCC） 是一款基于香山开源高性能 RISC-V 处理器研发的高性能编译器，依托 LLVM 框架开发，专注于访存优化、分支预测改进、循环展开与自动矢量化等微架构级性能提升策略。目前，XSCC 1.0 基于 LLVM 19.1.0 开发。
本次发布为 XSCC v1.0 二进制发行包，提供面向 RISC‑V 的交叉编译器（生成 riscv64 目标代码）。可在 Ubuntu 22.04 以上版本的主机 (x86_64) 运行，默认配套的 C 标准库为 glibc。在 GitHub Releases 页面可下载该发行包：https://github.com/OpenXiangShan/xscc/releases。
在过去的两周，前端 V3 重构基本完成，各个 BPU 适配新的前端框架，后端也做了对应修改。访存与缓存主要修复了 V2 的一些 bug，同时开发了一些新的工具。
从本期双周报开始，我们将在性能评估部分加入使用 XSCC 编译的 SPEC 2006 性能数据，供大家参考。
近期进展
前端
- RTL 新特性
- 支持 resolve 更新 BPU（#4962）
- 支持 ICache 动态取指块大小，节省功耗，同时为 64B 取指块做准备（#4999）
- 优化 mbtb、abtb 替换算法，采用 SRAM 实现的 PLRU 以节省面积（#4964）
- 实现 ITTAGE 接入 V3 BPU（#5000，#5020）
- 优化 PHR 更新机制（#4995）
- TAGE-SC 持续开发中，暂未合入（#5001）
- Bug 修复
- 修复 resolve 更新触发的一些 bug
- 模型探索
- 分析 TAGE 实现，修复两个存在性能问题的方向，实现和 CBP 对齐
- 代码质量
- 重构 IFU、IBuffer 使用 V3 前端参数系统（#4975，#5013）
- 简化 mbtb 参数（#4987）
后端
访存与缓存
- RTL新特性
- （V2）在 CoupledL2 的 MMIOBridge 中，将 clint 的地址范围从 xstilewrap 的映射中排除并重新配置，以集成私有的 clint ip（CoupledL2 #429）
- MMU、LoadUnit、StoreQueue、L2 等模块重构持续推进中
- 重构 NEMU 的访存部分，包括代码整理以及增加 V3 新特性
- Bug 修复
- （V2）修复了 ITLB 在特定周期收到 PWT 响应时卡死的问题（#4983）
- （V2）在 LLTLB 处理 jmp_bitmap_check 请求时初始化 first_s2xlate_fault 信号，以避免 L2TLB 同时处理 allStage 与 noS2xlate 请求时发生问题（#4996）
- （V2）修复了 prefetch hit 计数器实现错误，导致统计得到的预取命中数目大于预取请求数目的问题（#5005）
- （V2）修复了 VSegment 中非对齐访存拆分时地址生成错误的问题（#5006）
- （V2）修复了 LLPTW 中非必要的位图检查逻辑（#5018）
- 工具
- tl-test-new 支持 anvil 模式下的噪声生成（tl-test-new #80）
- 为 CoupledL2 的 TestTop 添加生成二进制格式 CHI log 的功能，用于压缩日志文件大小（CoupledL2 #410）
性能评估
| SPECint 2006 est. | @ 3GHz | SPECfp 2006 est. | @ 3GHz |
|---|---|---|---|
| 400.perlbench | 35.89 | 410.bwaves | 67.22 |
| 401.bzip2 | 25.51 | 416.gamess | 41.01 |
| 403.gcc | 47.96 | 433.milc | 45.10 |
| 429.mcf | 59.97 | 434.zeusmp | 51.83 |
| 445.gobmk | 30.63 | 435.gromacs | 33.67 |
| 456.hmmer | 41.61 | 436.cactusADM | 46.20 |
| 458.sjeng | 30.62 | 437.leslie3d | 47.80 |
| 462.libquantum | 122.58 | 444.namd | 28.94 |
| 464.h264ref | 56.59 | 447.dealII | 73.63 |
| 471.omnetpp | 41.50 | 450.soplex | 52.48 |
| 473.astar | 29.30 | 453.povray | 53.49 |
| 483.xalancbmk | 72.79 | 454.Calculix | 16.38 |
| GEOMEAN | 44.67 | 459.GemsFDTD | 39.71 |
| 465.tonto | 36.72 | ||
| 470.lbm | 91.98 | ||
| 481.wrf | 40.64 | ||
| 482.sphinx3 | 49.13 | ||
| GEOMEAN | 44.97 |
我们使用 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%。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。
编译参数如下所示：
| 编译器 | gcc12 |
| 编译优化 | O3 |
| 内存库 | jemalloc |
| -march | RV64GCB |
| -ffp-contraction | fast |
处理器及 SoC 参数如下所示：
| commit | b2daf0a |
| 日期 | 2025/08/29 |
| L1 ICache | 64KB |
| L1 DCache | 64KB |
| L2 Cache | 1MB |
| L3 Cache | 16MB |
| 访存单元 | 3ld2st |
| 总线协议 | TileLink |
| 内存延迟 | DDR4-3200 |
使用 XSCC 编译的 SPEC 2006 性能数据如下所示：
| SPECint 2006 est. | @ 3GHz | SPECfp 2006 est. | @ 3GHz |
|---|---|---|---|
| 400.perlbench | 36.33 | 410.bwaves | 68.97 |
| 401.bzip2 | 25.74 | 416.gamess | 44.43 |
| 403.gcc | 35.70 | 433.milc | 68.07 |
| 429.mcf | 61.14 | 434.zeusmp | 51.66 |
| 445.gobmk | 30.81 | 435.gromacs | 30.72 |
| 456.hmmer | 46.74 | 436.cactusADM | 66.66 |
| 458.sjeng | 32.19 | 437.leslie3d | 49.47 |
| 462.libquantum | 268.14 | 444.namd | 34.47 |
| 464.h264ref | 61.02 | 447.dealII | 80.67 |
| 471.omnetpp | 36.09 | 450.soplex | 52.26 |
| 473.astar | 28.41 | 453.povray | 55.62 |
| 483.xalancbmk | 78.27 | 454.Calculix | 33.00 |
| GEOMEAN | 47.25 | 459.GemsFDTD | 53.37 |
| 465.tonto | 29.55 | ||
| 470.lbm | 121.32 | ||
| 481.wrf | 36.72 | ||
| 482.sphinx3 | 51.93 | ||
| GEOMEAN | 50.97 |
编译参数如下所示：
| 编译器 | XSCC 1.0 |
| 编译优化 | O3 |
| 内存库 | jemalloc |
| -march | rv64gc_zba_zbb_zbs_zbc |
| 其他参数 | -ffast-math, -flto |
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/
- 香山用户手册：https://docs.xiangshan.cc/projects/user-guide/
- 香山设计文档：https://docs.xiangshan.cc/projects/design/
编辑：徐之皓、吉骏雄、陈卓、余俊杰、李衍君