「為啥最強(qiáng)開(kāi)源CPU是中國(guó)的」，硅谷大V靈魂發(fā)問(wèn)，震動(dòng)50萬(wàn)人在線圍觀

　　為啥性能最好的開(kāi)源CPU是中國(guó)的?

　　就這兩天，海外大V的一條發(fā)問(wèn)，在國(guó)外科技圈引發(fā)廣泛熱議。

　　這條信息兩天內(nèi)就吸引了超過(guò)50萬(wàn)次閱讀、點(diǎn)贊量超5k。

　　Hackernews上也掀起了相關(guān)討論。

　　“香山”處理器的GitHub Star在2天內(nèi)迎來(lái)了一波暴漲。

　　而這個(gè)CPU說(shuō)的不是別人，正是中科院計(jì)算技術(shù)所的核心成果，國(guó)產(chǎn)自研CPU:香山。

　　被熱議和討論的還不止CPU本身，也包括背后的項(xiàng)目:一生一芯。

　　老外感嘆:中國(guó)人正在一磚一瓦建設(shè)核心工程。

　　背后自然是認(rèn)可，所以項(xiàng)目核心負(fù)責(zé)人，中科院計(jì)算所研究院包云崗教授也表達(dá)了感慨:

　　這是對(duì)香山項(xiàng)目的一種肯定。

　　已知性能最強(qiáng)的開(kāi)源處理器

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這次“香山”項(xiàng)目爆火出圈有點(diǎn)意外。

　　發(fā)布該推特的大V George Hotz是開(kāi)源自動(dòng)駕駛公司Comma AI的總裁，日常對(duì)芯片硬件領(lǐng)域非常關(guān)注。前段時(shí)間他給AMD替代CUDA的方案挑出了bug。

　　他推特中提及的“開(kāi)源最強(qiáng)”，追溯數(shù)據(jù)可以追溯到2024RISC-V歐洲峰會(huì)上，香山最新版本“昆明湖”在SPECint2006測(cè)試中，以3GHz的頻率達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)化分?jǐn)?shù)45。

　　其性能可以媲美ARM Neoverse N2，是目前已知性能最強(qiáng)的開(kāi)源處理器。

　　有人表示，盡管很難找到先進(jìn)版本x86和ARM內(nèi)核的SPECint2006分?jǐn)?shù)，因?yàn)樗鼈兌际褂肞ECint2017，最后的時(shí)鐘頻率也會(huì)有比較大影響;但由于“昆明湖”是在3GHz下，所以表現(xiàn)是相當(dāng)不錯(cuò)的。

　　事情引發(fā)熱議后，中科院計(jì)算技術(shù)研究所研究員包云崗也在知乎發(fā)表回應(yīng)。

　　包云崗表示，香山開(kāi)源CPU項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)5年，現(xiàn)在隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展，更加堅(jiān)定了開(kāi)源CPU這個(gè)信念。

　　目前，香山項(xiàng)目已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。

　　性能上可以媲美ARM Neoverse N2，同時(shí)也已集齊了產(chǎn)業(yè)落地的“八大金剛”企業(yè)客戶。

　　原回答如下:(上下滑動(dòng)查看所有內(nèi)容):

　　透過(guò)這一最新回應(yīng)，香山項(xiàng)目的發(fā)展脈絡(luò)也更加清晰地呈現(xiàn)出來(lái)。

　　香山項(xiàng)目的啟動(dòng)可以追溯到2019年。

　　包云崗和團(tuán)隊(duì)的唐丹博士一直認(rèn)為要建立一個(gè)像Linux那樣的開(kāi)源RISC-V核主線，既能被工業(yè)界廣泛應(yīng)用，又能支持學(xué)術(shù)界試驗(yàn)創(chuàng)新想法。

　　于是在中國(guó)科學(xué)院支持下，由中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所牽頭發(fā)起了“香山”高性能開(kāi)源RISC-V處理器項(xiàng)目。

　　之后團(tuán)隊(duì)做了一年多的準(zhǔn)備工作，直到2020年6月，香山處理器的正式開(kāi)發(fā)工作開(kāi)始，GitHub代碼倉(cāng)庫(kù)也隨之建立，之后在深圳鵬城實(shí)驗(yàn)室完成了主要的物理設(shè)計(jì)流程。

　　據(jù)介紹，流水線前端、后端、訪存流水線、L1Cache、L2/L3Cache 等在內(nèi)的關(guān)鍵代碼均由香山團(tuán)隊(duì)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。

　　一年多之后，香山處理器第一版（雁棲湖架構(gòu)）在2021年7月投片。

　　雁棲湖架構(gòu)面向單核場(chǎng)景，支持RV64GC指令集，在28nm的工藝節(jié)點(diǎn)下達(dá)到1.3GHz的頻率。

　　2022年1月，雁棲湖芯片回片并成功點(diǎn)亮，能夠正確運(yùn)行Linux/Debian等復(fù)雜操作系統(tǒng)。

　　這中間，2021年12月，香山的研發(fā)團(tuán)隊(duì)也進(jìn)一步發(fā)展壯大，與16家機(jī)構(gòu)聯(lián)合成立了北京開(kāi)源芯片研究院，進(jìn)行香山處理器核的產(chǎn)品化改造和后續(xù)架構(gòu)研發(fā)。

　　在第一代投片前的兩個(gè)月，第二代香山芯片——南湖的設(shè)計(jì)工作也已經(jīng)啟動(dòng)。

　　南湖V1版本面向雙核場(chǎng)景， 支持RV64GCBK指令集，于2023年11月投片，在14nm工藝節(jié)點(diǎn)下頻率達(dá)到2GHz。

　　南湖V2版本則包含了MBIST等改進(jìn)設(shè)計(jì)，于2023年4月投片，同年10月回片并成功點(diǎn)亮啟動(dòng)Linux。

　　南湖V3版本將包含更多的微結(jié)構(gòu)、PPA改進(jìn)，目前項(xiàng)目正在進(jìn)行中。

　　2022年8月24日，中科院計(jì)算所、北京開(kāi)源芯片研究院、騰訊、阿里、中興通訊等成立了聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，正式開(kāi)展第三代香山（昆明湖架構(gòu)）的聯(lián)合開(kāi)發(fā)。

　　昆明湖的設(shè)計(jì)探索，以及南湖的產(chǎn)品化，自此被確立為香山項(xiàng)目接下來(lái)的兩項(xiàng)工作重點(diǎn)。

　　去年8月的第4屆RISC-V中國(guó)峰會(huì)上，基于南湖的開(kāi)發(fā)板正式亮相，并成功運(yùn)行了《云·原神》。

　　而根據(jù)團(tuán)隊(duì)發(fā)布的雙周報(bào)顯示，2023年11月，昆明湖的研發(fā)已經(jīng)接近尾聲，此表述最后一次在雙周報(bào)中出現(xiàn)是在去年4月。

　　在此之后的雙周報(bào)顯示，昆明湖各組正在持續(xù)推進(jìn)面積、時(shí)序、功耗的優(yōu)化。

　　不過(guò)目前，香山處理器還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

　　官方表示，香山將保持半年左右的微結(jié)構(gòu)迭代周期、流片周期，除了微結(jié)構(gòu)之外，還希望探索并建立一套高性能處理器的敏捷開(kāi)發(fā)流程。

　　官方文檔詳解香山微結(jié)構(gòu)

　　從技術(shù)角度看，香山處理器選用了Chisel硬件描述語(yǔ)言，微架構(gòu)采用了亂序六發(fā)射結(jié)構(gòu)、訪存子系統(tǒng)分離的設(shè)計(jì)。

　　研發(fā)團(tuán)隊(duì)將訪存子系統(tǒng)分離開(kāi)，包括兩條load流水線，兩條store addr流水線，兩條store data流水線，以及獨(dú)立的load隊(duì)列和store隊(duì)列，store buffer等。

　　目前南湖微架構(gòu)的技術(shù)文檔已經(jīng)完整公布，整體結(jié)構(gòu)如下:

　　具體來(lái)說(shuō)，香山處理器前端流水線包括分支預(yù)測(cè)單元、取指單元、指令緩沖等單元，順序取指。

　　南湖架構(gòu)采取了一種分支預(yù)測(cè)和指令緩存解耦的取指架構(gòu)，分支預(yù)測(cè)單元提供取指請(qǐng)求，寫(xiě)入一個(gè)隊(duì)列，該隊(duì)列將其發(fā)往取指單元，送入指令緩存。

　　取出的指令碼通過(guò)預(yù)譯碼初步檢查分支預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤并及時(shí)沖刷預(yù)測(cè)流水線，檢查后的指令送入指令緩沖并傳給譯碼模塊，最終形成后端的指令供給。

　　后端包括譯碼、重命名、重定序緩沖、保留站、整型/浮點(diǎn)寄存器堆、整型/浮點(diǎn)運(yùn)算單元。

　　處理器的流水線后端負(fù)責(zé)指令的重命名與亂序執(zhí)行。

　　如下圖所示，香山處理器(南湖)后端可以分為CtrlBlock、IntBlock、FloatBlock、Memblock這4個(gè)部分。

　　CtrlBlock負(fù)責(zé)指令的譯碼、重命名和分派， IntBlock、FloatBlock、MemBlock分別負(fù)責(zé)整數(shù)、浮點(diǎn)、訪存指令的亂序執(zhí)行。

　　(在第三代香山處理器即昆明湖的后端還新增了VectorBlockworlds，負(fù)責(zé)向量的處理)

　　香山處理器的MemBlock包含核內(nèi)的訪存流水線及隊(duì)列，以及與訪存流水線緊耦合的一級(jí)數(shù)據(jù)緩存。

　　其中包含兩條load流水線，彼此分離的兩條sta流水線和兩條std流水線，load和store流水線分別負(fù)責(zé)維護(hù)訪存指令的順序信息。

　　最新的昆明湖架構(gòu)還沒(méi)有詳細(xì)的技術(shù)文檔，但團(tuán)隊(duì)已經(jīng)公布了整體的架構(gòu)圖。

　　可以看出其結(jié)構(gòu)整體上與南湖相似，但后端的各個(gè)Block中的具體實(shí)現(xiàn)也有不少變化，還增加了一個(gè)處理向量的Block，另外部分環(huán)節(jié)的緩存容量也有提升。

　　開(kāi)源協(xié)議方面，香山采用木蘭寬松許可證第2版，堅(jiān)持開(kāi)放全部設(shè)計(jì)源碼和流程，并歡迎來(lái)自社區(qū)的貢獻(xiàn)。

　　網(wǎng)友:中國(guó)正在一磚一瓦建設(shè)核心工程能力

　　“香山”項(xiàng)目意外翻紅，也把海外網(wǎng)友給整焦慮了。

　　在評(píng)論中，還有人非�？隙ǖ乇硎�:這正意味著中國(guó)在解決基本硬件問(wèn)題。

　　在硅谷還在資助一波硬件初創(chuàng)企業(yè)時(shí)，中國(guó)正在一磚一瓦建設(shè)核心工程能力。

　　……

　　難題才是吸引真正人才的關(guān)鍵。

　　有人就說(shuō)了，美國(guó)最好的芯片架構(gòu)師都在英偉達(dá)和蘋(píng)果，沒(méi)人搞開(kāi)源。

　　甚至還有人上升到，如果邏輯和數(shù)學(xué)是中國(guó)的強(qiáng)項(xiàng)，那這將如何影響計(jì)算機(jī)的未來(lái)呢?

　　還有人扒到了“一生一芯”計(jì)劃:

　　這里提到的其實(shí)是中國(guó)科學(xué)院大學(xué)在2019年啟動(dòng)的一項(xiàng)計(jì)劃。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是以流片為目標(biāo)，讓本科生主導(dǎo)完成一款64位RISC-V處理器SoC芯片設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)流片，芯片能成功運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)以及學(xué)生自己編寫(xiě)的國(guó)科大教學(xué)操作系統(tǒng)UCAS-Core。

　　首批參與計(jì)劃的學(xué)生只有5人，經(jīng)歷幾年，規(guī)模已逐漸擴(kuò)大到6000余人。

　　這個(gè)計(jì)劃的核心目標(biāo)就是在“開(kāi)源共享”的理念下，突破傳統(tǒng)課程邊界，縮短人才從培養(yǎng)階段到投入科研與產(chǎn)業(yè)一線的周期。

　　類似的模式可以參考上世紀(jì)在MIT風(fēng)靡一時(shí)的Mead-Conway式培訓(xùn)，它也是主打讓學(xué)生全流程設(shè)計(jì)制造芯片。后來(lái)，很多學(xué)生就拿著自己的課程設(shè)計(jì)奔赴硅谷創(chuàng)業(yè)。

　　總之，在2025的開(kāi)年，國(guó)產(chǎn)開(kāi)源開(kāi)始頻繁刷屏。