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中国科学院院刊 2022年第1期37卷 24-29页

作者：包云岗孙凝晖中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049 计算机体系结构国家重点实验室北京100190

近年来,开源指令集RISC-Ⅴ以其“指令集应该免费”(instruction sets want to be free)的宗旨得到全世界的广泛认可与积极投入。基于RISC-Ⅴ构建开源芯片生态,有望形成普惠世界的处理器芯片领域的“人类命运共同体”。开源芯片技术体系... 详细信息

近年来,开源指令集RISC-Ⅴ以其“指令集应该免费”(instruction sets want to be free)的宗旨得到全世界的广泛认可与积极投入。基于RISC-Ⅴ构建开源芯片生态,有望形成普惠世界的处理器芯片领域的“人类命运共同体”。开源芯片技术体系仍然面临诸多挑战,而中国具备很好的条件,应抓住机遇积极参与,为开源芯片生态技术体系的建设作出贡献。

关键词：开源芯片 RISC-Ⅴ 开源生态体系

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开源芯片、RISC-V与敏捷开发

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大数据 2019年第4期5卷 50-66页

作者：王诲喆唐丹余子濠刘志刚解壁伟包云岗中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

随着摩尔定理的几近失效,传统的追求通用性能的芯片开发策略将难以持续,但芯片领域过高的门槛和商业限制阻碍了进一步的创新和对市场的响应速度。因此需要通过开源芯片、统一的生态平台和现代化的设计方法激发芯片领域的创造力和生产效... 详细信息

随着摩尔定理的几近失效,传统的追求通用性能的芯片开发策略将难以持续,但芯片领域过高的门槛和商业限制阻碍了进一步的创新和对市场的响应速度。因此需要通过开源芯片、统一的生态平台和现代化的设计方法激发芯片领域的创造力和生产效率。介绍了开源芯片的作用和发展历史,讨论了有望成为下一代芯片开发根基的RISC-V指令集架构的特点和影响以及前端设计中的敏捷开发实践,并对芯片开发的新发展与不足做出了总结。

关键词：开源芯片敏捷开发计算机架构指令集架构

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基于香山处理器的硬件预取技术研究与实现

基于香山处理器的硬件预取技术研究与实现

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作者：朱雨涵南京理工大学

学位级别：硕士

随着微处理器的发展越来越迅猛,CPU的运行速度越来越快,而内存的发展一直专注于容量的增加,速度的提升可以忽略不计。这种现象在集成电路设计中被称为“内存墙”现象。为了克服“内存墙”现象,设计了一种缓存和内存的分层结构。这种层... 详细信息

随着微处理器的发展越来越迅猛,CPU的运行速度越来越快,而内存的发展一直专注于容量的增加,速度的提升可以忽略不计。这种现象在集成电路设计中被称为“内存墙”现象。为了克服“内存墙”现象,设计了一种缓存和内存的分层结构。这种层次结构并不能跨越缓存块来移动指令和数据,单一的将本次访问数据存储到缓存中还远远不够消除“内存墙”现象带来的影响。设计人员为解决这一困难,提出了预取机制。预取技术能够预测未来的访存行为并提前对相应的内存块发出请求,它有效隐藏了内存访问延迟。2021年6月23日,包云岗研究员在大会上发布了一款国产开源高性能乱序超标量RISC-V处理器核——“香山”处理器。近些年来,开源指令集RISC-V以其“指令集应该免费”的宗旨得到全世界的广泛认可而发展之迅猛。本文正是以开源的理念,在开源芯片香山处理器的基础上,进一步优化其性能。从性能上看,香山处理器目前发布的版本中,并没有L1DCache硬件数据预取相关功能的实现,因此实际性能还有不少的优化空间。本文在香山处理器的基础上,研究预取对乱序超标量处理器性能的影响。本文的主要工作如下所述。1、为L1DCache定制了一款硬件预取器。首先总体介绍了香山处理器的整体架构;其次对香山处理器的访存子模块进行详细分析;然后阐述了在香山处理器中设计预取器会遇到的问题;最后设计了一款能拿到顺序训练地址的预取器。2、结合本文设计的预取器,自主添加了相关的性能计数器。这套性能计数器计算预取器的三大性能指标,更加准确的衡量了预取器的优劣。3、在自主设计的一套性能计数器的基础之上,与传统调试功能正确性方法相比较,提出了一种适合于香山处理器的调试预取器功能正确性的方法。该方案摈弃传统波形对比的方式,采用跟踪指令的执行,将执行过程中一些敏感行为以Log日志的方式打印出来,可以得知预取器在运行中的所有行为。4、用SPEC2006基准测试程序测试了香山处理器添加预取器后的性能表现,并详细分析了在香山处理器上实现的传统Stride预取器和新型Stride预取器的性能差异。经过详细的分析,结果表明本文设计的新型Stride预取器总体IPC增益量达到了2.5%,对xalanchmk测试程序的IPC增量更是达到了13.3%,另外像Gems FDTD、leslie3d、hmmer测试程序的IPC提升量也能达到5%以上。总体而言,本文设计的L1DCache新型Stride预取器不仅在功能上、性能上、时间成本上以及对香山处理器未来的兼容性上,都有不错的效果,达到了预取的要求。

关键词：微处理器开源芯片 RISC-V 硬件预取香山处理器

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