近日，在2022北京微電子國際研討會暨IC WORLD大會上，中國科學院計算技術研究所研究員包雲崗在大會報告中，介紹了RISC-V發展以及中科院RISC-V開源處理器“香山”等相關情況。
據介紹，香山第二代南湖架構計劃在2023年第一季度流片，目標是14nm 2GHz，預計SPEC 2006得分能到20左右。
包雲崗表示，香山是當前國際上性能最高的開源RISC-V處理器核，目前已確定香山經典核、香山高性能核“兩核”發展目標。
經典核基於第二代香山（南湖）工程化優化，對標ARM A76，為工業控制、汽車、通信等泛工業領域提供CPU IP核；高性能核則基於第三代香山（昆明湖）性能提升，對標ARM N2，為數據中心和算力設施等領域提供高性能CPU IP核。
香山第一代內核“雁棲湖”已在去年7月15日流片，基於28nm工藝，裸片面積6.6平方毫米，單核二級緩存1MB，預計功耗5W。
為什麼要做香山？
RISC-V誕生於2010年，如今，在RISC-V國際基金會網站上登記的各類商業或開源的RISC-V處理器核就有上百個，為什麼還要做一個開源的高性能RISC-V核？
對於這個問題，包雲崗表示，我們和很多業界企業交流過，也做了很多調研與分析，這都讓我們判斷認為業界需要一個開源的高性能RISC-V核。另一方面，我們也在思考一個問題——為什麼CPU領域還沒有一個像Linux那樣的開源主線？1991年開源的Linux誕生，到今天正好30年。如今，Linux不僅被工業界廣泛應用，也成為學術界開展操作系統研究的創新平台。
RISC-V是開放開源的指令集，但十年過去了，到現在還未能形成一個像Linux那樣的開源主線。Berkeley的BOOM目標是一個高性能開源RISC-V核，但是BOOM代碼倉庫相對不開放，官方建議其他人實現任何功能都要事先和他們溝通，以確保不要與他們的計劃產生衝突。根據GitHub官方的統計頁面顯示，從2014年1月至今，為BOOM提交過超過100行代碼修改的僅有8人。由此可見，一定程度上因為BOOM嚴格的的外部貢獻政策，開源社區對BOOM的參與度並不高。
所以，團隊的唐丹博士和我一直認為要建立一個像Linux那樣的開源RISC-V核主線，既能被工業界廣泛應用，又能支持學術界試驗創新想法。最關鍵的是，一定要讓它像Linux那樣至少存活30年！
於是，“香山”誕生了。
香山什麼水平？
香山是一款開源RISC-V處理器核，它的架構代號以湖命名。第一版架構代號是“雁棲湖”，這是帶有濃重國科大情節的同學們起的名字，因為他們研一都在懷柔雁棲湖待了一年。“雁棲湖”RTL代碼於2021年4月完成，計劃於7月基於TSMC 28nm工藝流片，目前頻率為1.3GHz。
第二版架構代號是“南湖”，這是向建黨100周年致敬。“南湖”計劃在今年年底流片，將採用中芯國際14nm工藝，目標頻率是2GHz。
香山選擇什麼開源許可證？這個問題糾結了我們好一陣子。後來，我們專門向北京大學周明輝教授請教，小夥伴們制定了4種開源許可證方案。在反覆對比權衡後，最終選擇了如下表格中的方案①——木蘭寬鬆版許可證（MulanPSLv2）。在此，特別感謝北大周明輝老師的專業指導。
香山開發初期速度非常快：6月11日建立代碼倉庫，7月6日亂序流水線便已完成，能正確運行CoreMark，不到一個月時間；9月12日，Linux正確啟動；10月22日，Debian正確啟動。
接下來便是大半年的結構優化、性能調優、時序優化工作，香山架構幾乎相當於重構了一遍。一個典型的例子，香山的第一版分支預測器（BPU）參考了BOOM的BPU，但後端評估頻率只能達到800MHz（TSMC 28nm）。於是負責BPU設計的勾凌睿在幾位老師的指導下，不斷優化BPU結構，最終將頻率提升到了1.4GHz。
這期間，小夥伴們紛紛自己動手，開發了各種各樣的優化和調試工具，大大地加速了優化和驗證環節。這讓我真心佩服這批90後——他們真是充滿了創造力，從工作到生活，而主要驅動力之一就是“省（tou）時（lan）”。比如寧可自己寫個程序自動點外賣，也懶得打開手機看菜單點。
香山未來如何發展？
目前，香山正在進行下一代架構“南湖”的開發，目標是今年年底流片，基於中芯國際的14nm工藝頻率達到2GHz，SPECCPU分值達到10分/GHz。這是一個很有挑戰的目標，需要對架構進行大幅度的優化改進。
前幾天，小夥伴們專門去了一趟嘉興南湖，研討香山未來的發展。除了技術，我們再一次聚焦到流程與平台。此前構建的敏捷設計流程與平台支撐了20多人的開發團隊，這遠遠不夠。現在我們需要考慮的是該如何構建一套開源、開放、規範的開放流程，能支撐2000人的開源社區一起開發。
支持成千上萬人一起開發開源軟件，這已經有成功的經驗。但是如何支持數千人一起開發開源處理器，目前還沒有可以參考的案例，只能靠我們自己摸索。
我們有一個願望——希望“香山”能存活30年；我們有一個約定——30年後再一起聚聚，到時再看看香山會變成什麼樣。但是，要實現這個願望，還有很多很多問題和挑戰需要去解決。
