研發(fā)收關(guān)：進迭時空高性能處理器核X100產(chǎn)品發(fā)布會震撼來襲

作者：愛集微 2024-04-29

來源：進迭時空 #進迭時空# #RISC-V#

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經(jīng)過2023年持續(xù)的功能開發(fā)與性能/頻率/功耗優(yōu)化，進迭時空的第二代 RISC-V 高性能核 X100 的研發(fā)工作全部結(jié)束，可交付量產(chǎn)。X100 是一款面向服務(wù)器CPU芯片研發(fā)的RISC-V高性能核，采用4發(fā)射亂序架構(gòu)，通用計算性能 Coremark 達到 7.7/MHz，Spec2k6超過8.2/GHz，在12nm 工藝下頻率可達到 2.5GHz ，各項指標(biāo)均超過設(shè)計預(yù)期。

進迭時空2024年度產(chǎn)品發(fā)布會將于2024年4月29日 10:00點進行線上直播。掃碼關(guān)注，不見不散！

與消費類場景的處理器核不同，服務(wù)器CPU除了對處理器核的性能有很高要求外，對虛擬化、安全、RAS、多核互聯(lián)能力等均有要求，這使得研發(fā)一款服務(wù)器級別的處理器核相較常規(guī)高性能核難度更大。虛擬化是一款服務(wù)器CPU的必備功能，虛擬化包括CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化、中斷虛擬化和外設(shè)虛擬化，其中CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化、中斷虛擬化均需要在處理器核層面進行支持。

2018年，Intel被爆出震驚世界的Meltdown和Spectre漏洞，使得攻擊者可以通過軟件方式輕松獲得密鑰等關(guān)鍵信息并攻入計算機系統(tǒng)，是近年來被披露的最嚴(yán)重的CPU漏洞。抵御Meltdown和Spectre漏洞攻擊已成為一款服務(wù)器CPU的標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，基于隔離的“沙箱”安全技術(shù)（類比于Intel的SGX安全技術(shù)或者ARM的Trustzone安全技術(shù)）也是一款RISC-V服務(wù)器CPU必備的。由于服務(wù)器CPU要7*24小時不間斷工作，長期可靠運行也是一款服務(wù)器CPU所必須支持的。

面向RISC-V服務(wù)器CPU場景，X100 支持特性如下：

RV64 指令集，符合目前制定中的 Profile RVA23 標(biāo)準(zhǔn)；
支持 RVV 1.0 向量標(biāo)準(zhǔn)，VLEN=256，支持 RV vector crypto 擴展；
支持 RVH 虛擬化標(biāo)準(zhǔn)，支持 AIA 先進中斷標(biāo)準(zhǔn)；
支持安全特性，支持硬件抵抗幽靈、熔斷等攻擊手段；
支持 RAS 擴展，符合 RV RERI 標(biāo)準(zhǔn)；
支持 RV debug 調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)，支持 RV N-Trace 追蹤標(biāo)準(zhǔn)；
支持一致性多核多簇擴展，單簇支持4核，簇原生支持 CHI 接口，典型場景下最大支持 64 核互聯(lián)。

X100 特性支持

進迭時空 X100 CPU 作為面向服務(wù)器場景開發(fā)的 CPU 核，不僅在性能和頻率上做了大量的優(yōu)化工作，同時針對服務(wù)器等高性能計算領(lǐng)域的應(yīng)用需求，做了全面的支持與優(yōu)化。

虛擬化

虛擬化作為服務(wù)器必不可少的特性，進迭時空的 X100 核支持 RVH，AIA擴展，可提供CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化以及中斷虛擬化的能力，并且在芯片層面可以配合進迭時空自研 IOMMU 提供外設(shè)虛擬化的能力，可以提供完整的虛擬化解決方案。進迭時空基于 X100 CPU 核，也完成了KVM的適配，并在其上成功運行 Linux 虛擬機。同時，經(jīng)過測試，在虛擬機上的應(yīng)用程序仍然能維持較好的性能，虛擬機相比物理機的性能僅有約5%的性能損失。

RAS

為了滿足服務(wù)器場景的CPU需要能夠長時間穩(wěn)定運行的需要，RAS (Reliability, Availability and Serviceability) 是一個針對服務(wù)器領(lǐng)域必不可少的 feature。X100 在規(guī)格上支持了內(nèi)部RAM的檢錯糾錯，包括 ICache, TLB 的 parity 校驗，以及 DCache, L2Cache 的 ECC 校驗；支持總線傳輸?shù)男ｒ灒С?nbsp;CHI 總線的 Data Check 以及 poison 特性；同時通過增加額外的校驗以及糾正機制，增加其他非預(yù)期情況發(fā)生時核的穩(wěn)定性。通過這些手段，增加整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時，X100 RAS 事件的上報與記錄，均符合 RV RERI 規(guī)范，使得管理核可以更輕松地維護整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

多核多簇支持

X100 可以實現(xiàn)多核多簇的互聯(lián)，每個簇對外支持 CHI/ACE/AXI 口可配置，內(nèi)部完全緊耦合接口協(xié)議，系統(tǒng)集成時無需額外集成協(xié)議轉(zhuǎn)接橋引入的額外延遲和面積開銷，可以根據(jù)應(yīng)用場景不同，選擇不同的互聯(lián)接口，典型場景下，最大可支持組成64核的互聯(lián)系統(tǒng)。共享的 L2Cache 以及簇內(nèi)一致性維護單元，經(jīng)過延遲、并行訪問能力以及outstanding能力多方面優(yōu)化，配合最大可支持最高到256bit的總線寬度，給核提供更大的訪存帶寬和更優(yōu)的訪存性能。

安全支持

X100 提供了支持TEE安全能力的核心隔離組件PMP/ePMP，允許最高特權(quán)模式下的可信固件利用PMP的隔離能力虛擬出多個可信執(zhí)行環(huán)境，同時利用RISC-V AIA中斷模型中的中斷權(quán)限分離機制，允許最高特權(quán)下可信固件對中斷進行過濾以及轉(zhuǎn)發(fā)，從而實現(xiàn)不同執(zhí)行環(huán)境下的中斷隔離。除了CPU自身的隔離能以外，X100 還提供核外的安全組件IOPMP用于設(shè)備訪問的保護。利用RISC-V PMP以及IOPMP等核心隔離組件，在可信固件軟件的協(xié)同下虛擬出滿足服務(wù)器安全要求的可信執(zhí)行環(huán)境。除此之外，針對幽靈，熔斷等攻擊手法，X100 設(shè)計了硬件抗攻擊的手段，能夠由硬件消除潛在的被攻擊的風(fēng)險。

調(diào)試與追蹤支持

在服務(wù)器的應(yīng)用場景下，由于CPU核數(shù)增加，軟硬件的調(diào)試會變得非常復(fù)雜，難以通過簡單的手段分析程序流最終定位錯誤的場景。X100 不僅僅支持了 RV debug 1.0 擴展，同時針對服務(wù)器領(lǐng)域調(diào)試的痛點，實現(xiàn)了 RV N-Trace 規(guī)范，給軟件的調(diào)試增加了更多手段。

矢量計算增強

X100 支持 RISC-V Vector1.0矢量擴展及向量加密擴展，不僅滿足安卓操作系統(tǒng)對RISC-V指令集架構(gòu)需求，也滿足RISC-V服務(wù)器規(guī)范對指令集架構(gòu)要求。矢量擴展支持多種數(shù)據(jù)精度（INT8/16/32/64及FP16/32/64/BF16），單核可提供20GFLOPS浮點算力。矢量加密擴展提供最大256-bit的處理寬度，支持AES/SM4/SHA/SM3/GHASH等算法的高效計算。同時，X100 引入了AI融合算力，基于矢量寄存器實現(xiàn)，提供靈活的算力和編程方式，16核算力可達10TOPS@2.5GHz。

X100 應(yīng)用場景

由于有著較高的通用計算性能，X100 非常適合用于服務(wù)器、自動駕駛、云端AI推理芯片主控等場景。目前，搭載 X100 處理器核，由進迭時空自主研發(fā)的服務(wù)器CPU芯片也在同步研發(fā)中。進迭時空根據(jù)自身的應(yīng)用以及與合作伙伴的深度交流，針對 X100 在高性能場景下的應(yīng)用，形成了一套完整的高性能 RISC-V CPU 解決方案，可以提供更有性價比的算力，提供更優(yōu)越的 RISC-V 計算芯片。