开芯院正在为香山开源IP搭建计算子系统

2025年7月18日，第五届RISC-V中国峰会进入第三天，高性能计算和人工智能成为产业关注的交流重点。

据悉，Tenstorrent目前已经在RISC-V芯片上跑出了单核35分/GHz的性能，而由国内北京开源芯片研究院（以下简称“开芯院”）研发的香山系列昆明湖V2也已经在2023年年底达成了单核15分/GHz的跑分。作为开源RISC-V IP，香山开源IP对高性能处理器行业的吸引力非常强劲。

因此，在会议期间，北京开源芯片研究院产品经理张健发表了题为《从CPU到计算子系统——香山开源IP的演进》的演讲。

张健表示：“2024年，开芯院已明确将RVA23作为开源高性能芯片路线图的基准，所有后续设计需确保兼容性，其中当前版本昆明湖V2已支持RVA23所有必选项，以及十几项可选项。此外，即便在V3阶段或会通过微架构改进提升性能，但仍会保持对RVA23的完整支持，并同步跟进其小版本更新（如安全补丁或指令微调），确保生态一致性。”

香山开源IP的发展路线图显示，其研发始于2019年，经过多次迭代，性能逐年提升。与ARM和x86架构的对比显示，香山在SPECCPU2006测试中表现优异，尤其在单核性能上逐步接近国际主流水平。例如，香山昆明湖V2R2在多项指标上已与ARM Neoverse N2相当，包括地址空间、中断虚拟化、调试功能等。然而，也存在一些差距，例如在缓存一致性维护操作和多通道I/O支持方面，仍需进一步优化。

在核内特性方面，香山项目通过编译器优化和硬件设计改进显著提升了性能。基于LLVM 19的XSCC编译器在本地测试中已达到近18分的性能表现，同时开芯院积极将补丁提交至上游社区，推动生态共建。例如，针对访存局部性和循环优化的补丁已被LLVM主线接收，进一步提升了编译效率。此外，通过Profile-Guided Optimization（PGO）技术，香山在SPEC2006测试中实现了1.02x至1.05x的加速比，展现了编译器优化的实际效果。

张健强调，功能验证也是确保香山IP质量的关键环节。开芯院采用多层次的验证方法，包括单元测试（UT）、集成测试（IT）和系统测试（ST），并与OpenEuler等社区合作，完成了数百个软件包的验证。例如，OpenEuler RVA23的用例验证已覆盖Kernel构建、Python3、MySQL等关键应用，为香山的实际应用提供了有力支持。

香山项目的另一重要方向是从单核CPU扩展到完整的计算子系统。开芯院认识到，RISC-V生态的成熟不仅需要强大的核内设计，还需在核外提供标准化的接口和功能支持。为此，香山设计了基于CHI或TileLink互连的计算子系统方案，支持多核配置（最高128核）和灵活的缓存大小调整（128KB至2048KB）。这一设计参考了ARM DSU的思路，旨在降低会员集成香山IP的难度。

在实际应用中，香山通过硬件优化在Mesh网络中实现了单核14.78分的性能表现，证明了其在不同拓扑结构下的适配能力。此外，开芯院还提出了基于Shield-XS的机密计算方案，支持动态内存隔离和多密钥加密，为安全关键应用提供了解决方案。

张健认为，香山项目的成功离不开与会员和开源社区的紧密合作。例如，奕斯伟、蓝芯算力等会员在验证、性能研究和实际产品集成方面做出了重要贡献。开芯院也积极回馈社区，将香山支持代码提交至QEMU和UEFI（EDK2）等上游项目，进一步降低了生态的准入门槛。

未来，香山项目将继续完善RISC-V服务器规范的支持，尤其是在多通道I/O和缓存一致性等关键领域。开芯院呼吁更多业界伙伴加入，共同推动RISC-V生态的发展。