奥飞寺明敏克雷西
量子比特 |公众号QbitAI
“为什么性能最好的开源CPU来自中国？”
这两天，海外大V的一个提问引起了国外科技圈的广泛热议。
这篇帖子两天内浏览量超过50万，点赞数超过5千。
Hackernews 上也开始了相关讨论。
“象山”处理器的GitHub Star在2天内迎来了价格飙升。
而这款CPU不是别人，正是中科院计算技术研究所的核心成果，国产自主研发的CPU：香山。
人们热议的不仅仅是CPU本身，还有其背后的项目：一核终身。
外国人感叹：中国人正在一砖一瓦地建设核心工程。
这背后是认可，所以该项目的核心负责人、中科院计算技术研究所鲍云刚教授也表达了感慨：
这是对象山项目的肯定。
已知最强大的开源处理器
简单来说，此次《香山》项目的火爆有点出乎意料。
发推文的大V George Hotz是开源自动驾驶公司Comma AI的总裁，日常密切关注芯片硬件领域。前段时间，他发现AMD取代CUDA的计划存在bug。
他推文中提到的“开源最强”可以追溯到2024年RISC-V欧洲峰会。象山的最新版本“昆明湖”在SPECint 2006测试中在3GHz频率下达到了45分的标准化分数。
其性能可与ARM Neoverse N2相媲美，是目前已知最强大的开源处理器。
△香山：用高性能处理器和敏捷基础设施赋能开源RISC-V创新
具体对比请参考下图：
有人说，虽然x86和ARM内核的高级版本很难找到SPECint2006分数，因为它们都使用PECint2017，但最终的时钟频率也会产生较大的影响；但由于“昆明湖”是在3GHz，所以性能是相当不错的。
事件引发热议后，中科院计算技术研究所研究员鲍云刚也在知乎上发布回应。
包云刚表示，象山开源CPU项目已经启动5年了。现在随着行业的发展，开源CPU的信念更加坚定了。
目前，象山项目已取得一定进展。
性能媲美ARM Neoverse N2，还聚集了业界已落地的“八金刚”企业客户。
原答案如下：（上下滑动查看全部内容）：
通过这一最新回应，象山项目的发展脉络更加清晰地呈现出来。
象山项目的启动可以追溯到2019年。
团队的包云刚和唐丹博士一直坚信建立一条像Linux一样的开源RISC-V核心主线，既可以被工业界广泛使用，也可以支持学术界实验创新的想法。
因此，在中科院的支持下，中科院计算技术研究所牵头启动了“象山”高性能开源RISC-V处理器项目。
此后，团队进行了一年多的准备。直到2020年6月，象山处理器的正式开发工作才开始，GitHub代码仓库也建立起来。之后，主要物理设计流程在深圳鹏城实验室完成。
据介绍，包括流水线前端、后端、内存访问流水线、L1 Cache、L2/L3 Cache等关键代码均由象山团队独立实现。
一年多后，象山处理器（雁栖湖架构）首个版本将于2021年7月发布。
Yanqi Lake架构面向单核场景，支持RV64GC指令集，在28nm工艺节点下达到1.3GHz频率。
2022年1月，雁栖湖芯片恢复并成功点亮，可正确运行Linux/Debian等复杂操作系统。
同时，2021年12月，象山的研发团队也进一步发展壮大，与16家机构联合成立北京开源芯片研究院，开展象山处理器内核的产品改造和后续架构研发。
在第一代芯片投产前两个月，第二代香山芯片——南湖的设计工作也已经启动。
南湖V1版本针对双核场景，支持RV64GCBK指令集。将于2023年11月发布，14nm工艺节点主频达到2GHz。
Nanhu V2版本包括MBIST和其他改进设计。将于2023年4月拍摄，同年10月拍摄并成功点亮并启动Linux。
Nanhu V3版本将包括更多微观结构和PPA改进，该项目目前正在进行中。
2022年8月24日，中科院计算技术研究所、北京开源芯片研究院、腾讯、阿里巴巴、中兴通讯等成立联合研发团队，正式启动第三代香山（昆明湖建筑）。
△图片来源：“象山开源处理器”公众号
此后，昆明湖的设计探索和南湖的产品化被确定为象山项目接下来的两大重点。
去年8月的第四届RISC-V中国峰会上，基于南湖的开发板正式亮相，并成功运行“云原神”。
△图片来源：“象山开源处理器”公众号
根据团队发布的双周报显示，昆明湖的研发将于2023年11月接近完成。该说法上一次出现在双周报中是在去年4月。
此后的双周报道显示，昆明湖各组团正在持续推进面积、时间、用电量的优化。
不过，目前象山处理器尚未实现量产。
官方表示，象山将保持半年左右的微结构迭代周期和流片周期。除了微观结构之外，还希望探索并建立高性能处理器的敏捷开发流程。
官方文件详细解释象山微观结构
从技术角度来看，象山处理器采用Chisel硬件描述语言，微架构采用乱序六发结构和分离式内存访问子系统设计。
研发团队将内存访问子系统进行了分离，包括两条加载管道、两条存储地址管道、两条存储数据管道，以及独立的加载队列、存储队列、存储缓冲区等。
目前南湖微架构的技术文档已全部发布，整体结构如下：
具体地，象山处理器前端流水线包括分支预测单元、取指令单元、指令缓冲器等单元，依次取指令。
南湖架构采用分支预测和指令缓存解耦的取指令架构。分支预测单元提供取指令请求并将它们写入队列，队列将它们发送到取指令单元并进入指令高速缓存。
通过预解码初步检查取出的指令代码是否存在分支预测错误，并及时刷新预测流水线。检查后的指令被发送到指令缓冲区，并传递给译码模块，最终形成后端指令供给。
后端包括解码、重命名、重新排序缓冲区、保留站、整数/浮点寄存器文件和整数/浮点运算单元。
处理器的管道后端负责指令重命名和乱序执行。
如下图所示，象山处理器（南湖）的后端可以分为四个部分：CtrlBlock、IntBlock、FloatBlock、Memblock。
CtrlBlock负责指令的解码、重命名和调度。 IntBlock、FloatBlock和MemBlock分别负责整数、浮点和内存访问指令的乱序执行。
（第三代象山处理器的后端也加入了VectorBlockworlds，即昆明湖，负责矢量处理）
象山处理器的MemBlock包括核心内的内存访问管道和队列，以及与内存访问管道紧密耦合的一级数据缓存。
它包含两个彼此分离的加载管道、两个 sta 管道和两个 std 管道。加载和存储管道分别负责维护内存访问指令的顺序信息。
最新的昆明湖架构还没有详细的技术文档，但团队已经公布了整体架构图。
可以看到整体结构与南湖类似，但后端各块的具体实现有很多变化。还添加了用于处理向量的块，并且某些链接的缓存容量也得到了提高。
在开源协议方面，象山采用木兰许可第二版，坚持开放所有设计源代码和流程，欢迎社区贡献。
网友：中国正在一步步打造核心工程能力
“香山”项目意外走红，也让海外网友着急。
评论中，有人很肯定地说：这意味着中国正在解决基础硬件问题。
虽然硅谷仍在资助一波硬件初创公司，但中国正在一砖一瓦地建设核心工程能力。
……
困难的问题才能吸引真正的人才。
有人说，美国最好的芯片架构师都在英伟达和苹果，没有人搞开源。
甚至有人上升到，如果逻辑和数学是中国的强项，这会对计算机的未来产生怎样的影响？
也有人了解到“一生一核”计划：
这里所说的其实是中国科学院大学在2019年推出的一个计划。
简单来说，就是以流片为目标，让本科生牵头完成64位RISC-V处理器SoC芯片的设计和流片。该芯片可以成功运行学生自己编写的Linux操作系统和国科大教学操作系统。 UCAS-核心。
第一批参加该项目的学生只有五名。几年来，规模逐渐扩大到学生6000余人。
该计划的核心目标是在“开源、共享”的理念下，突破传统课程的界限，缩短人才从培养阶段到科研和产业一线的周期。
类似的模型可以参考上世纪麻省理工学院流行的Mead-Conway训练。它还专注于让学生在整个过程中设计和制造芯片。后来，很多学生带着自己的课程设计，前往硅谷创业。
总之，2025年伊始，国产开源开始频频登上荧屏。
在讨论《香山》时，有人说：
不要忘记 DeepSeek。
中国似乎正在做越来越多的开源工作。
参考链接：
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