【香山双周报 86】20250929 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 86 期双周报。
我们非常高兴地与大家分享两则消息。
9 月 20 日，香山团队荣获中国计算机学会 CCF 体系结构专委会首届开源贡献奖。这次集体获奖对香山团队有着特别的意义——这代表了学术界小同行对香山开源处理器以及香山团队的肯定与支持，是香山要形成广泛影响力的根基。香山团队将会继续前行，一步一脚印，努力让香山存活30年！
9 月 22 日，芯动科技“风华 3 号”全功能 GPU 发布。“风华 3 号” GPU 成功集成了性能对标 ARM Cortex-A76 的香山“南湖”处理器 IP 核，作为其片内高性能主控 CPU。这次集成标志着开源高性能CPU IP正式步入产业落地的新阶段，也标志着基于RISC-V能开辟出一条不同于传统ARM模式的新路径。
我们相信，开源芯片不等于低性能、低质量。开源也将深刻改变芯片研发成本结构，为业界提供芯片设计的新范式。
在过去的两周，前端修复接入新 BPU 后引发的功能和性能 bug，同时继续进行性能探索与调优。访存与缓存修复了一些 bug，同时对一部分代码进行重构，推进 V3 的开发。
近期进展
前端
- RTL 新特性
- 优化 BPU 训练机制，采用一个 resolve 项内第一条误预测的分支进行训练，丢弃后续分支的训练信息（#5023，#5037，#5041）
- 支持使用 s3 精确预测器的结果训练 s1 快速预测器，因精确预测器尚未就绪，暂未启用（#4970）
- 增加 abtb 的路数到 8 路，和 mbtb 默认配置一致（#5042）
- 合入 TAGE，因 override 机制存在一些问题，暂未启用（#5001）
- 支持 TAGE WriteBuffer 多路写入（#5044，#5056）
- 增加 resolve 项内存储的分支数到 8 条（#5050）
- 支持 64B 取指（#5014）
- 移除 ICache 主流水 s2 流水级，简化设计，为后续功能做准备（#5053）
- 放松 IBuffer 入队条件，减少阻塞（#5036）
- Bug 修复
- 修复 abtb X 态传播的问题（#5028）
- 修复 mbtb 预测出跨页取指块的问题，V3 ICache/IFU 去除了跨页取指的支持，需要 BPU 保证不给出跨页预测（#5060）
- 修复 TAGE X 态传播的问题（#5043）
- 修复 V2 RAS 接入 V3 FTQ 时没有处理 IFU 重定向的问题，以及后端重定向的 rasAction 没有正确赋值的问题（#5040）
- 修复 Ftq backendException 写条件错拍的问题（#5016，#5035）
- 修复 IFU 指令 offset 计算错误的问题（#5012）
- 修复 IFU s1 流水级冲刷条件错误、ICache WayLookup 和主流水 s1 流水级未被 BPU s3 override 冲刷的问题（#5054），#5055，#5072）
- 模型探索
- 整理 TAGE PHR 相关 commit，性能有改善（GEM5 #524）
- 调整 SC 落地改造方案，适配 updateThreshold 和 weight Table
- 代码质量
- 重构 BPU S3 预测生成逻辑，将 takenMask 的生成从 TAGE 移动到 BPU 顶层，使模块功能划分更加清晰（#5045）
- 重构 IFU 指令边界计算逻辑（#5012）
后端
- Bug 修复
- 通过当预测和实际都为跳转时检查目标修复分支预测性能 bug（#5027）
- 修复 nmi 寄存器的 gate 逻辑的 bug（#5067）
- 修复关闭 rob 压缩后融合指令后跟分支指令时出错的 bug（#5074）
- （V2）修复预取指令不应响应 load trigger 的 bug（#5059）
- 时序优化
- 重新划分后端一级子模块，便于物理设计划分（#5032）
- RTL 新特性
- 完成 Trace Control Interface 对 APB 总线与 AXI 总线的支持
- 拆分 SRAM Sink 拆为 SMEM 模式（通过 AXI 写入内存）和 SRAM 模式（组件内置专用的 FIFO Buffer）
- 进行 branch_map 逻辑设计，同步 packet 和 trap packet 的设计
- 增加性能计数器统计任意两个发射队列之间可旁路 ALU 的数量
- 代码质量
- 移除部分死代码（#5071）
访存与缓存
- Bug 修复
- （V2）修复 FDP 中 counter filter 容量不够需要加 1 的问题（#5030）
- （V2）修复了 LoadUnit 在 fast replay 时没有重新访问数据的问题，以避免产生内存一致性问题（#4965）
- 时序优化
- 将 CoupledL2 的数据 SRAM 拆分改为 4 份，以适应新的物理设计后端要求（CoupledL2 #432）
- 旧版 MMU 时序修复进行中
- 分析往期版本的 LoadQueueReplay 时序，找到时序退化点
- RTL 新特性
- MMU、LoadUnit、StoreQueue、L2 等模块重构持续推进中
- L1 Acquire 时获取路信息以在 Release 时省去读目录获得路数的过程。正在修复 Bug
性能评估
| SPECint 2006 est. | @ 3GHz | SPECfp 2006 est. | @ 3GHz |
|---|---|---|---|
| 400.perlbench | 35.88 | 410.bwaves | 67.22 |
| 401.bzip2 | 25.51 | 416.gamess | 41.01 |
| 403.gcc | 47.90 | 433.milc | 50.44 |
| 429.mcf | 60.18 | 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 | 28.87 |
| 464.h264ref | 56.59 | 447.dealII | 73.77 |
| 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 | 45.26 |
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 | 324b389 |
| 日期 | 2025/09/25 |
| 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 |
相关链接
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编辑：徐之皓、吉骏雄、陈卓、余俊杰、李衍君