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第五屆RISC-V中國(guó)峰會(huì)于2025年7月16至19日在上海張江科學(xué)會(huì)堂隆重舉辦，本屆峰會(huì)設(shè)置1場(chǎng)主論壇、9場(chǎng)垂直領(lǐng)域分論壇、5場(chǎng)研習(xí)會(huì)、11項(xiàng)同期活動(dòng)，以及4,500平方米未來(lái)科技展覽區(qū)，匯聚數(shù)百家企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)及開(kāi)源技術(shù)社區(qū)參會(huì)。

在7月18日的EDA分論壇上，合見(jiàn)工軟驗(yàn)證產(chǎn)品線市場(chǎng)總監(jiān)曹夢(mèng)俠帶來(lái)了“面向高性能RISC-V多核處理器的大型級(jí)聯(lián)FPGA驗(yàn)證方法學(xué)——香山昆明湖16核CPU系列實(shí)踐”的演講。

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

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

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

南湖（第二代）：性能實(shí)現(xiàn)飛躍，性能對(duì)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(jì)算場(chǎng)景，性能對(duì)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(jì)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(kuò)展性：架構(gòu)設(shè)計(jì)支持64核至256核的擴(kuò)展，適應(yīng)未來(lái)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(qiáng)一致性內(nèi)存系統(tǒng)：引入大規(guī)模多級(jí)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(mèng)俠指出，在多核CPU的驗(yàn)證過(guò)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(jí)緩存以及外設(shè)接口，驗(yàn)證過(guò)程中對(duì)FPGA的資源需求遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)FPGA平臺(tái)。

性能要求高：目標(biāo)是在FPGA上實(shí)現(xiàn)足夠高的運(yùn)行速度（最終目標(biāo)為10MHz），支持操作系統(tǒng)的運(yùn)行及軟硬件協(xié)同驗(yàn)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(diǎn)。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(duì)這些挑戰(zhàn)，香山系列在合作伙伴合見(jiàn)工軟的支持下，構(gòu)建了大規(guī)模FPGA平臺(tái)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工具鏈。在自動(dòng)化編譯、資源分配、時(shí)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(yàn)證效率，縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。

驗(yàn)證方法學(xué)：四步走

在多核FPGA驗(yàn)證過(guò)程中，香山團(tuán)隊(duì)提出了一套系統(tǒng)化的四步驗(yàn)證方法學(xué)：

設(shè)計(jì)移植與適配（Porting）：實(shí)現(xiàn)從ASIC到FPGA的自動(dòng)化適配，包括時(shí)鐘樹(shù)、存儲(chǔ)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(jì)中，動(dòng)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(jì)收益。

漸進(jìn)式啟動(dòng)策略（Bring-up）：從單核系統(tǒng)逐步擴(kuò)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(guò)硬件仿真與后門(mén)加載技術(shù)協(xié)同調(diào)試，快速定位啟動(dòng)故障并實(shí)現(xiàn)內(nèi)核加載速度的突破。

通過(guò)以上方法，香山團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目初期完成了ASIC到FPGA的移植工作，并通過(guò)自動(dòng)化流程實(shí)現(xiàn)了高效的設(shè)計(jì)迭代。16核系統(tǒng)在FPGA上穩(wěn)定運(yùn)行，并達(dá)到10.2 MHz，超出了預(yù)期目標(biāo)。此外，項(xiàng)目還構(gòu)建了靈活的多用戶驗(yàn)證環(huán)境，支持多個(gè)團(tuán)隊(duì)并行開(kāi)發(fā)，提升了硬件資源的利用率。

未來(lái)，香山系列將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上深化驗(yàn)證效能，探索更大規(guī)模的設(shè)備級(jí)聯(lián)擴(kuò)展，并推動(dòng)EDA廠商開(kāi)發(fā)更多支持多核系統(tǒng)驗(yàn)證的特性，如低功耗驗(yàn)證和動(dòng)態(tài)功耗分析等。

香山處理器的發(fā)展，標(biāo)志著我國(guó)在高性能RISC-V處理器領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展。通過(guò)本次項(xiàng)目的實(shí)踐，香山團(tuán)隊(duì)不僅解決了高性能多核CPU驗(yàn)證中的核心難題，還為整個(gè)行業(yè)提供了可復(fù)制、可擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證方法，為RISC-V處理器的未來(lái)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著驗(yàn)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(dòng)國(guó)產(chǎn)高性能處理器在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用與普及。