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第五屆RISC-V中國峰會于2025年7月16至19日在上海張江科學(xué)會堂隆重舉辦，本屆峰會設(shè)置1場主論壇、9場垂直領(lǐng)域分論壇、5場研習(xí)會、11項同期活動，以及4,500平方米未來科技展覽區(qū)，匯聚數(shù)百家企業(yè)、研究機構(gòu)及開源技術(shù)社區(qū)參會。

在7月18日的EDA分論壇上，合見工軟驗證產(chǎn)品線市場總監(jiān)曹夢俠帶來了“面向高性能RISC-V多核處理器的大型級聯(lián)FPGA驗證方法學(xué)——香山昆明湖16核CPU系列實踐”的演講。

此次演講展示了如何通過技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)對高性能多核處理器驗證的三大挑戰(zhàn)，為RISC-V處理器的普及和發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

曹夢俠指出，香山處理器系列自誕生以來，經(jīng)歷了三個重要的發(fā)展階段：

雁棲湖（第一代）：這是香山系列的開端，主要致力于架構(gòu)探索和基礎(chǔ)技術(shù)的奠定，成功實現(xiàn)了亂序執(zhí)行架構(gòu)，驗證了高性能RISC-V處理器的設(shè)計方法學(xué)。

南湖（第二代）：性能實現(xiàn)飛躍，性能對標(biāo)ARM Cortex-A76，成為業(yè)界公認(rèn)的高性能RISC-V處理器核，標(biāo)志著香山處理器邁入了可用階段。

昆明湖（第三代）：香山系列的最新進(jìn)展，面向數(shù)據(jù)中心和高性能計算場景，性能對標(biāo)ARM Neoverse N2，支持64核大規(guī)模高性能SoC系統(tǒng)架構(gòu)。

昆明湖不僅提升了核心性能，還設(shè)計了面向數(shù)據(jù)中心的高性能SoC架構(gòu)。關(guān)鍵技術(shù)包括：

多核可擴展性：架構(gòu)設(shè)計支持64核至256核的擴展，適應(yīng)未來的技術(shù)需求。

高速互聯(lián)總線：采用全新的高帶寬、低延遲NoC技術(shù)，確保高效的數(shù)據(jù)交互。

強一致性內(nèi)存系統(tǒng)：引入大規(guī)模多級緩存和目錄式緩存一致性協(xié)議，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性。

曹夢俠指出，在多核CPU的驗證過程中，香山系列面臨三大關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

規(guī)模大：多核系統(tǒng)包含復(fù)雜的總線、多級緩存以及外設(shè)接口，驗證過程中對FPGA的資源需求遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)FPGA平臺。

性能要求高：目標(biāo)是在FPGA上實現(xiàn)足夠高的運行速度（最終目標(biāo)為10MHz），支持操作系統(tǒng)的運行及軟硬件協(xié)同驗證。

調(diào)試?yán)щy：在多核系統(tǒng)中，如何保證緩存一致性、總線完整性以及調(diào)度優(yōu)化是調(diào)試的難點。此外，跨核交互和緩存一致性引發(fā)的深層次Bug難以定位，缺乏專用調(diào)試工具。

為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，香山系列在合作伙伴合見工軟的支持下，構(gòu)建了大規(guī)模FPGA平臺并實現(xiàn)自動化工具鏈。在自動化編譯、資源分配、時序優(yōu)化等方面取得了顯著成效，成功部署了16核的完整系統(tǒng)，提升了驗證效率，縮短了產(chǎn)品上市時間。

驗證方法學(xué)：四步走

在多核FPGA驗證過程中，香山團隊提出了一套系統(tǒng)化的四步驗證方法學(xué)：

設(shè)計移植與適配（Porting）：實現(xiàn)從ASIC到FPGA的自動化適配，包括時鐘樹、存儲模型和接口IP的轉(zhuǎn)換。

編譯與資源優(yōu)化：在大規(guī)模設(shè)計中，動態(tài)平衡資源占用與高效編譯之間的關(guān)系，最大化設(shè)計收益。

漸進(jìn)式啟動策略（Bring-up）：從單核系統(tǒng)逐步擴展到多核，降低系統(tǒng)調(diào)試復(fù)雜度，逐步解決特定難題。

軟硬協(xié)同調(diào)試技術(shù)（Debug）：通過硬件仿真與后門加載技術(shù)協(xié)同調(diào)試，快速定位啟動故障并實現(xiàn)內(nèi)核加載速度的突破。

通過以上方法，香山團隊在項目初期完成了ASIC到FPGA的移植工作，并通過自動化流程實現(xiàn)了高效的設(shè)計迭代。16核系統(tǒng)在FPGA上穩(wěn)定運行，并達(dá)到10.2 MHz，超出了預(yù)期目標(biāo)。此外，項目還構(gòu)建了靈活的多用戶驗證環(huán)境，支持多個團隊并行開發(fā)，提升了硬件資源的利用率。

未來，香山系列將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上深化驗證效能，探索更大規(guī)模的設(shè)備級聯(lián)擴展，并推動EDA廠商開發(fā)更多支持多核系統(tǒng)驗證的特性，如低功耗驗證和動態(tài)功耗分析等。

香山處理器的發(fā)展，標(biāo)志著我國在高性能RISC-V處理器領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展。通過本次項目的實踐，香山團隊不僅解決了高性能多核CPU驗證中的核心難題，還為整個行業(yè)提供了可復(fù)制、可擴展的標(biāo)準(zhǔn)化驗證方法，為RISC-V處理器的未來發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。隨著驗證方法學(xué)和工具鏈的不斷演進(jìn)，RISC-V的產(chǎn)業(yè)生態(tài)將進(jìn)一步完善，推動國產(chǎn)高性能處理器在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用與普及。