香山是什么？“香山” 高性能开源 RISC-V 处理器项目介绍

香山是什么

2019 年，在中国科学院支持下，由 中国科学院计算技术研究所 牵头发起 “香山” 高性能开源 RISC-V 处理器项目，研发出目前国际上性能最高的开源高性能 RISC-V 处理器核 “香山”，在全球最大的开源项目托管平台 GitHub 上获得超过 2500 个星标（Star），形成超过 277 个分支（Fork），成为国际上最受关注的开源硬件项目之一，得到国内外企业的积极支持——16 家企业联合发起开源芯片创新联合体，围绕“香山” 进一步联合开发，形成示范应用，加速 RISC-V 生态建设。

我们的目标是成为 面向世界的体系结构创新开源平台，服务于工业界、学术界、个人爱好者等的体系结构研究需求。此外，我们希望在香山的开发过程中，探索高性能处理器的敏捷开发流程，建立一套基于开源工具的高性能处理器设计、实现、验证流程，大幅提高处理器开发效率、降低处理器开发门槛。

香山将保持半年左右的微结构迭代周期、流片周期，持续进行微结构创新与敏捷开发方法实践。 香山处理器的正式开发从 2020 年 6 月开始，1e3fad1 是我们 第一个提交 的哈希值，代码仓库中在此之前的提交均属于 2019 年第一期一生一芯计划产出的果壳处理器。在香山处理器中，包括 CPU 流水线前端、后端、访存流水线、L1 Cache、L2/L3 Cache 等在内的关键代码均由香山团队独立实现，我们对代码的所有修改历史均在 Git 提交记录中可见。香山处理器的物理设计流程主要由我们在鹏城实验室的后端与 SoC 工程师团队完成。我们希望通过持续不断的优化与流片验证，逐步提高香山处理器的 PPA 水平，让香山成为一个开源的工业级别处理器，并成为面向世界的体系结构创新开源平台。

香山处理器第一版（雁栖湖架构） 支持 RV64GC 指令集，已在 2021 年 7 月投片，在 28nm 的工艺节点下达到 1.3GHz 的频率。2022 年 1 月，雁栖湖芯片回片并成功点亮，能够正确运行 Linux/Debian 等复杂操作系统，在 DDR4-1600 环境下初步实测 SPEC CPU2006 性能超过 7 分 @1GHz，更完整的 CPU 与 DDR 性能调优正在进行中。

香山处理器第二版（南湖架构） 支持 RV64GCBK 指令集，已在 2022 年 3 月完成 RTL 代码冻结，正在进行后端设计验证流程并将在 2022 年上半年完成投片，目标是在 14nm 工艺节点下频率达到 2GHz。

香山处理器第三版（昆明湖架构） 正在进行中，我们非常欢迎来自社区的贡献。

香山处理器将始终坚持开源，坚定地开源我们所有的设计、验证、基础工具代码。 我们非常感谢社区对香山的贡献，在硬件设计方面，香山处理器的部分模块设计受到了开源处理器、公开论文等的启发，曾参考了现有的开源 rocket-chip、berkeley-hardfloat、SiFive block-inclusivecache 等代码。我们在 Chisel 开源社区的现有总线工具、浮点运算单元、系统缓存等基础上，修改完善了它们的功能，同时优化了频率、吞吐等性能指标。与此同时，我们非常欢迎社区基于香山进行开发或者使用香山项目的代码。在众多开源协议中，我们选择了 木兰宽松许可证第 2 版，希望（1）始终保持香山处理器的开放性，木兰宽松许可证不具有传染性，用户可以放心使用；（2）立足中国国内、面向全世界，木兰宽松许可证以中英文双语表述，中英文版本具有同等法律效力。

香山处理器积极地拥抱开源社区，非常欢迎来自社区的贡献。 我们看到，一些开源 RISC-V 处理器项目很少接收外部代码提交，我们理解这一现象背后有观念与技术上的多重原因，如担心开发计划冲突、处理器设计需要兼顾多方面需求、难以评估外部贡献的质量等。对于香山项目来说，在观念方面，我们非常欢迎外部贡献，如提交问题、提交特性需求、提交代码等，每一条意见与建议我们都会认真考虑与评估。举例来说，Chisel 对工业界仍然是一个新东西，如果您更熟悉 Verilog/SystemVerilog、但希望为香山提交代码贡献，我们欢迎您向 这个仓库 提交 Pull Request。在技术层面，我们希望探索一套评估代码改动质量的流程与工具，由基础流程来确定是否接受一个代码提交。举例来说，我们希望在不久的未来，开放一套更快速、更准确的性能采样框架，来评估一个架构改动带来的性能收益，当代码提交满足不破坏已有的模块性和扩展性、具有较为一定性能收益、具有良好的代码风格等条件时，我们将接收这一代码修改。如果用一句话总结我们的开发者策略，我们非常欢迎任何对香山有益的讨论、问题提交、代码修改等。

除了微结构探索之外，香山项目还希望探索并建立一套高性能处理器的敏捷开发流程。 香山处理器的目标是成为面向世界的体系结构创新开源平台，基础能力、设施、流程的建立是香山处理器长期高质量发展的关键，我们将保持长期稳定的投入，不断努力建立处理器敏捷开发的基础设施、基础流程。在香山项目初期，我们沿用了果壳处理器的开发与验证框架。在香山项目的推进过程中，我们对其进行了大量改进，添加了包括仿真检查点、压缩文件加载、多核验证支持等功能。目前，香山处理器的验证环境相比果壳处理器已有大量改进，丰富的基础工具支撑起了香山这一复杂度量级的敏捷验证流程。此外，UCB 和 Chipyard 框架是我们学习的榜样，我们参考或使用了他们发起的很多开源项目。我们希望，随着香山项目的推进与深入，我们能够推动开源社区的不断进步，与开源社区一道，推动建立高性能处理器的敏捷开发流程与基础设施。

我们清楚地认识到，香山处理器距离业界主流水平还有很大的差距，比如在很多技术点的方案选择上，我们做的不够好。香山处理器的目标是成为面向世界的体系结构创新开源平台，我们非常欢迎来自业界前辈、高性能处理器爱好者、开源社区等提出建议和意见，只要对香山处理器项目是有益的，我们都会接受并且改进，同时，我们也欢迎并且鼓励更多的人一起加入香山处理器的开发，推动香山项目的持续创新。