引言

近年來(lái)，基于RISC-V架構(gòu)的處理器逐漸嶄露頭角，引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。其中，由國(guó)人主導(dǎo)的“香山”RISC-V處理器備受關(guān)注。無(wú)論是一代、二代，還是即將到來(lái)的三代，開(kāi)芯院都采用了思爾芯芯神瞳原型驗(yàn)證解決方案，加速其技術(shù)的演進(jìn)與應(yīng)用落地。接下來(lái)，本文將深入探索RISC-V架構(gòu)背景、“香山”及思爾芯與“開(kāi)芯院”在此項(xiàng)目中的協(xié)同創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)。

100億顆RISC-V處理器一半來(lái)自中企

根據(jù)RISC-V基金會(huì)的數(shù)據(jù)，截至2022年底，全球RISC-V處理器的出貨量已達(dá)到100億顆，其中近一半來(lái)自中國(guó)。這顯著的成績(jī)背后，得益于中國(guó)的科研機(jī)構(gòu)和開(kāi)發(fā)者在RISC-V技術(shù)、應(yīng)用以及系統(tǒng)整合領(lǐng)域的不懈努力。他們的努力不僅贏得了國(guó)際基金會(huì)的認(rèn)可，更受到了全球開(kāi)發(fā)者的關(guān)注和尊重。

值得特別提及的是“香山”團(tuán)隊(duì)，他們基于RISC-V的芯片設(shè)計(jì)和創(chuàng)新在業(yè)界有著獨(dú)特的地位?！跋闵健盧ISC-V，作為一個(gè)由中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所孕育出的開(kāi)源RISC-V處理器項(xiàng)目，意義重大。中國(guó)選擇自主研發(fā)RISC-V處理器的動(dòng)因多種多樣：

技術(shù)主權(quán)：在國(guó)際技術(shù)舞臺(tái)上，核心技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的掌握至關(guān)重要。特別是在半導(dǎo)體和處理器領(lǐng)域，擁有關(guān)鍵技術(shù)意味著能夠避免外部的技術(shù)封鎖和貿(mào)易摩擦帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

開(kāi)源與透明：RISC-V作為一個(gè)開(kāi)源的指令集，允許自由修改和定制。這種架構(gòu)的透明性為構(gòu)建強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)者社區(qū)提供了基礎(chǔ)，同時(shí)也賦予了研發(fā)者更高的自由度。

創(chuàng)新空間：RISC-V的模塊化和可擴(kuò)展特性為硬件和軟件的創(chuàng)新開(kāi)辟了新的道路。這使得企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)具體需求，進(jìn)行處理器的精細(xì)定制。

經(jīng)濟(jì)價(jià)值：國(guó)內(nèi)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步助推了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的繁榮，為國(guó)民創(chuàng)造了更多的工作機(jī)會(huì)，同時(shí)提高了技術(shù)的附加值，降低了對(duì)外國(guó)技術(shù)的依賴度。

安全保障：在關(guān)鍵信息技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施中部署國(guó)產(chǎn)技術(shù)能夠增強(qiáng)對(duì)其的信賴，確保敏感數(shù)據(jù)的安全性。

5月26日，在2023年中關(guān)村論壇“RISC-V開(kāi)源處理器芯片生態(tài)發(fā)展論壇”上，第二代“香山”（南湖架構(gòu)）開(kāi)源高性能RISC-V處理器核作為中國(guó)科學(xué)院“先導(dǎo)”項(xiàng)目成果發(fā)布。

思爾芯助力“香山”不斷演進(jìn)

“香山”一直在不斷地演進(jìn)和發(fā)展。在2021年，它的第一代產(chǎn)品——雁棲湖架構(gòu)，基于RV64GC指令集架構(gòu)正式亮相。這個(gè)設(shè)計(jì)，在處理器架構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)性能進(jìn)行了優(yōu)化，使速度和效率達(dá)到了很好的平衡。

緊接著，2022年，第二代“香山”——南湖架構(gòu)也隆重登場(chǎng)，于2022年6月份正式啟動(dòng)工程優(yōu)化，于2022年9月研制完畢，已于2023年6月流片。這一代產(chǎn)品采用了14nm制程技術(shù)，核心頻率達(dá)到了2 GHz，并且具備了10/GHz的SPECCPU評(píng)分。其綜合性能超越了ARM的Cortex-A76。

“香山”不僅僅是性能強(qiáng)大，它在應(yīng)用領(lǐng)域的適用范圍也非常廣泛。無(wú)論是工業(yè)控制、汽車、通信、數(shù)據(jù)中心還是計(jì)算設(shè)備，它都能夠勝任。其通過(guò)PCIe、USB、HDMI等接口與各種設(shè)備無(wú)縫連接，這使得它受到了廣大市場(chǎng)的關(guān)注和歡迎。

從“香山”的第一代到第三代，背后的技術(shù)支撐與演進(jìn)都離不開(kāi)上海一家EDA公司的身影——思爾芯（S2C）。這家在EDA領(lǐng)域擁有深厚積累的公司，近期剛榮獲了國(guó)家級(jí)“專精特新”小巨人企業(yè)獎(jiǎng)和“中國(guó)芯”優(yōu)秀支撐服務(wù)產(chǎn)品獎(jiǎng)。作為國(guó)內(nèi)首家數(shù)字EDA供應(yīng)商，思爾芯自2004年在上海設(shè)立總部以來(lái)，一直專注于集成電路EDA領(lǐng)域。更值得一提的是，2023年初，它的原型驗(yàn)證產(chǎn)品被工信部列為“2022年工業(yè)軟件優(yōu)秀產(chǎn)品”。正是這款被工信部認(rèn)證的優(yōu)秀工業(yè)軟件在“香山”項(xiàng)目上發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

“香山”+思爾芯：強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，協(xié)同創(chuàng)新

在集成電路和微處理器設(shè)計(jì)中，原型驗(yàn)證是不可或缺的一環(huán)。它涉及到在真實(shí)硬件上驗(yàn)證設(shè)計(jì)的功能、性能和可靠性。為了應(yīng)對(duì)“香山”項(xiàng)目中所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，思爾芯為“香山”提供了一個(gè)針對(duì)性的原型驗(yàn)證解決方案：芯神瞳VU19P原型驗(yàn)證系統(tǒng)。其靈活與可擴(kuò)展的架構(gòu)體系，可滿足不同設(shè)計(jì)容量、應(yīng)用程序和設(shè)計(jì)階段的需求，使“香山”能夠更加高效地完成SPEC跑分驗(yàn)證、IO驗(yàn)證以及BSP驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)等工作，涵蓋了從硬件設(shè)計(jì)到軟件集成的整個(gè)生命周期的不同方面。

01

SPEC跑分驗(yàn)證

SPEC是一個(gè)非盈利組織，旨在為新的計(jì)算系統(tǒng)提供一組業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)測(cè)試。這些基準(zhǔn)測(cè)試（通常稱為“跑分”）用于測(cè)量和評(píng)估系統(tǒng)的性能。在硬件設(shè)計(jì)中，一旦有了原型或早期版本的設(shè)計(jì)，就可以使用SPEC基準(zhǔn)測(cè)試進(jìn)行跑分，從而驗(yàn)證預(yù)期的性能是否得到實(shí)現(xiàn)。基于思爾芯的芯神瞳，“香山”團(tuán)隊(duì)運(yùn)行了SPEC基準(zhǔn)測(cè)試，通過(guò)結(jié)合顯卡運(yùn)行Linux和圖形界面，以直觀地評(píng)估其性能。這為團(tuán)隊(duì)提供了寶貴的反饋，可以據(jù)此進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到或超過(guò)預(yù)期的性能標(biāo)準(zhǔn)。目前，第二代“香山”（南湖架構(gòu)）的SPEC2006得分為20分，超越了2018年的ARM Cortex-A76。

02

IO驗(yàn)證

IO（輸入/輸出）驗(yàn)證是確保芯片與外部環(huán)境（如其他芯片、系統(tǒng)等）之間的通信是正確的和高效的過(guò)程。思爾芯的芯神瞳便為“香山”提供了一個(gè)實(shí)際的環(huán)境，用于測(cè)試和驗(yàn)證所有輸入/輸出通信通道。這確保了“香山”與其他硬件組件，如內(nèi)存、存儲(chǔ)和其他接口的完美集成和通信。在驗(yàn)證系統(tǒng)的搭建中，“香山”團(tuán)隊(duì)使用了思爾芯的PPM、GMAC、PCIe等子卡和接口，系統(tǒng)整體運(yùn)行速率為50MHz。而各接口則按照它們各自的標(biāo)準(zhǔn)頻率與“香山”系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)接。

03

BSP驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

BSP（Board Support Package）驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)是確保軟硬件順暢交互的關(guān)鍵橋梁。利用原型驗(yàn)證技術(shù)，開(kāi)發(fā)者可以直接在真實(shí)硬件上進(jìn)行BSP的開(kāi)發(fā)和測(cè)試，保證軟硬件的緊密協(xié)同，從而提高開(kāi)發(fā)效率和準(zhǔn)確性。隨著“香山”處理器的硬件設(shè)計(jì)在思爾芯原型驗(yàn)證系統(tǒng)上穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)，其軟件團(tuán)隊(duì)立即展開(kāi)BSP驅(qū)動(dòng)的研發(fā)。這不僅讓軟硬件團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)并行開(kāi)發(fā)，而且確保軟件在真實(shí)硬件環(huán)境中得以優(yōu)化。這種早期介入策略讓軟件團(tuán)隊(duì)更深入地了解硬件特性和限制，為“香山”在最終流片前確保硬件設(shè)計(jì)并加速軟件開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

“香山”高贊思爾芯，共推RISC-V生態(tài)繁榮

“香山”無(wú)疑是國(guó)際領(lǐng)先的高性能RISC-V處理器核。為保持這一地位，選擇合適的合作伙伴對(duì)至關(guān)重要。開(kāi)芯院表示：“思爾芯的原型驗(yàn)證系統(tǒng)不僅為我們提供了一個(gè)在真實(shí)硬件環(huán)境進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證的平臺(tái)，還助力項(xiàng)目從性能評(píng)估到軟硬件集成的每一個(gè)關(guān)鍵步驟。這無(wú)疑為我們‘香山’項(xiàng)目的成功奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。之所以選擇思爾芯，是因?yàn)樗麄兊募夹g(shù)穩(wěn)定持久，服務(wù)響應(yīng)速度快，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間驗(yàn)證，穩(wěn)定且成熟。這為我們的項(xiàng)目注入了巨大的推動(dòng)力?！?/p>

RISC-V技術(shù)正憑借其開(kāi)放性、高效性和卓越的可擴(kuò)展性，重新定義計(jì)算的未來(lái)。它不僅提供了自主供應(yīng)鏈的機(jī)會(huì)，還加速了技術(shù)的迭代。而這種開(kāi)放協(xié)作模式也帶來(lái)了無(wú)盡的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

在今年的第三屆RISC-V中國(guó)峰會(huì)上，中國(guó)工程院院士倪光南在峰會(huì)致辭中表示，中國(guó)愿意擁抱開(kāi)源，和世界協(xié)同創(chuàng)新，鼎力打造強(qiáng)大繁榮的RISC-V生態(tài)，有力支撐RISC-V躋身于世界主流CPU行列。

與此同時(shí)，思爾芯副總裁陳英仁也分享了他的觀點(diǎn)，他提到：“思爾芯為RISC-V提供了涵蓋微架構(gòu)分析、系統(tǒng)整合、規(guī)范符合性測(cè)試以及軟件性能評(píng)估的一系列優(yōu)化解決方案。我們希望這些努力能助力整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)更好地整合資源，進(jìn)一步擴(kuò)展RISC-V的社區(qū)，并共同推動(dòng)這一新生態(tài)的快速發(fā)展?！?/p>

審核編輯：劉清