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【香山双周报 97】20260302 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。本次是第 97 期双周报。

关于香山近期开发进展，~~香山的同学们度过了一个快乐的春节~~。不多的细节请见近期进展一节。~~但是都不白来~~，我们还为大家准备了一个香山开发中的小花絮。

与 verilator 搏斗的一周

在香山的开发过程中，仿真器是非常重要的基础设施。为了贯彻开源理念，在香山的开发与一部分验证工作中，我们一直使用的是开源仿真器 verilator。即使现在有了属于香山自己的仿真器 gsim，verilator 在功能验证方面仍然具有不可替代的作用，~~因为 gsim 现在还不支持打波形~~。此外，在 gsim 的开发过程中，verilator 一直作为重要的参考平台，帮助我们验证 gsim 的正确性和性能。

在平平无奇的一天，L 同学突然被抓去背了一个锅，前端 FTQ 模块触发了一个 assertion。这本来不是什么大问题，~~如果这个 assert 不是在已经冻结交付的 master 上触发的话~~。L 同学愉快地打开了出错波形，看了半天越看越觉得不对，因为 commitStateQueueReg_42_5 这个信号奇迹般地没有发生变化，这导致 FTQ 对提交状态的判断出错。

L 同学觉得一定是锅背太多了导致出现了幻觉。他拉上 X 同学和他一起人肉执行了 verilog 代码。然而不幸的是 X 同学也和他出现了一样的幻觉，似乎按照 verilog 代码的逻辑，commitStateQueueReg_42_5 应当在虚线后由 1 变为 2。

这时 L 和 X 判断一定是 verilator 的 bug，但另一位 X 总表示即使是 verilator 的 bug 也得再确定一下，~~不然怎么让人相信迄今为止的验证是正确的呢~~。

由于香山设置了 --trace 选项，verilator 不会将 _GEN_350234 这样的以下划线开头的信号打印在波形中。L 同学决定先将 FTQ 模块中所有的 _GEN_350234 这样的信号替换成 GEN_350234，这样就能在波形中看到他们了。当他再次生成波形后，他发现 commitStateQueueReg_42_5 再次奇迹般地发生了变化，在虚线处从 1 变成了 2。

L 同学有点麻。他将 --trace 选项改为 --trace-underscore，在不改变代码的情况下，将所有的下划线信号打印在波形中，发现 commitStateQueueReg_42_5 同样正确地变化了。

L 同学彻底麻了，他不想去看 verilator 生成的 C++ 代码，并且觉得这个锅不应当继续由他背。他将这个问题扔给了 verilator 社区，并且更新了 verilator 版本。这个问题确实消失了，然而到底是真的消失了，还是悄悄隐藏到了更深处，就等到下次遇到再说吧，L 只觉得盯着波形看了一周眼睛要瞎了。

近期进展

前端

因春节放假，进展较少。部分进展已经在 96 期双周报提到，本期对状态变化的部分进行补充介绍。

  • 上期提到，目前已合入
  • Bug 修复
    • 修复 SC 训练条件未判断 MBTB 是否命中，导致用无效数据训练的问题（#5601）
  • 时序/面积优化
    • 调整 BPU s2 流水级，MBTB 部分信息提前给到 TAGE（#5614）
  • 新合入
  • Bug 修复
    • 修改 BPU s1 级预测生成逻辑，只要 utage 命中就全部使用 utage 修正后的预测（#5611）
  • 进行中
  • RTL 新特性
    • 支持 UTAGE 以分支粒度进行预测（#5513）
    • 支持设置 SC 阈值范围（#5632）
  • Bug 修复
    • 修复 MBTB 中 baseTable 在正确预测时饱和计数器未更新的问题（#5602）
    • 修复历史信息寄存器在遇到 s3 override 的处理逻辑（#5625）
  • 时序/面积优化
    • 调整 MBTB 位置比较逻辑流水级（#5603）
    • 调整 UTAGE 历史信息流水级（#5517）
    • 修复 SC 内部部分串行逻辑（暂未 PR）
    • 调整 ICache parity 校验逻辑流水级（暂未 PR）
    • 进一步评估和修复持续进行中
  • 代码质量
    • 修复 MBTB 编译期 warning（#5543）

从下期开始将回归仅介绍已合入 PR 的方式。

后端

  • RTL 新特性
  • 当 ldu 不能接收 uop 时为其提供缓存（#5604）
  • 代码质量
  • 拆分 Og0InUop 和 Og1Uop 用于后续时序优化（#5575）
  • 将 fusion 指令的 imm32 生成从 rename 移动到 fusionDecoder（#5606）
  • 时序修复
  • 将部分信号从 IQPayload 移动到 og1Payload（#5595）

访存与缓存

  • RTL 新特性
  • MMU、LoadUnit、StoreQueue、L2 等模块重构与测试持续推进中
  • 代码重构
  • （V2）对向量 store 的 difftest 进行了重构（#5587）
  • 调试工具
  • 开发用于新版 L2 Cache 的验证工具 CHI Test。持续推进中

性能评估

处理器及 SoC 参数如下所示：

参数 选项
commit 316946d28
日期 2026/02/11
L1 ICache 64KB
L1 DCache 64KB
L2 Cache 1MB
L3 Cache 16MB
访存单元 3ld2st
总线协议 CHI
内存延迟 DDR4-3200

性能数据如下所示：

SPECint 2006 @ 3GHz GCC15 XSCC GCC12 SPECfp 2006 @ 3GHz GCC15 XSCC GCC12
400.perlbench 47.47 46.45 43.61 410.bwaves 85.75 90.56 73.28
401.bzip2 27.12 27.83 27.51 416.gamess 56.30 52.50 54.94
403.gcc 50.86 37.33 51.30 433.milc 64.92 63.73 49.28
429.mcf 59.70 54.36 60.69 434.zeusmp 69.45 63.50 60.37
445.gobmk 35.66 36.59 37.44 435.gromacs 36.47 34.17 38.56
456.hmmer 53.69 63.60 43.52 436.cactusADM 75.62 86.54 53.69
458.sjeng 35.56 36.40 34.82 437.leslie3d 56.60 56.81 54.45
462.libquantum 135.55 285.26 133.21 444.namd 42.30 44.19 37.42
464.h264ref 62.47 71.27 63.01 447.dealII 63.89 67.16 64.28
471.omnetpp 40.89 39.25 43.04 450.soplex 49.21 57.92 53.33
473.astar 31.75 30.28 30.34 453.povray 72.35 66.59 61.60
483.xalancbmk 74.63 84.92 80.96 454.Calculix 44.24 39.20 19.43
GEOMEAN 49.54 52.67 48.92 459.GemsFDTD 64.85 64.68 46.68
465.tonto 51.73 34.73 36.69
470.lbm 126.78 132.83 104.98
481.wrf 55.26 41.58 48.68
482.sphinx3 58.58 61.17 55.05
GEOMEAN 60.58 58.50 50.80

编译参数如下所示：

参数 GCC12 GCC15 XSCC
编译器 gcc12 gcc15 xscc
编译优化 O3 O3 O3
内存库 jemalloc jemalloc jemalloc
-march RV64GCB RV64GCB RV64GCB
-ffp-contraction fast fast fast
链接优化 - -flto -flto
浮点优化 - -ffast-math -ffast-math
-mcpu - - xiangshan-kunminghu

注：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。

相关链接

编辑：徐之皓、吉骏雄、陈卓、余俊杰、李衍君