走进"香山"：解密国产开源处理器的技术创新

“你可能听说过"华为鲲鹏"、"飞腾"等国产处理器，但你知道吗？在中国科学院计算所，有一支团队正在打造一个完全开源的高性能处理器——它的名字叫"香山"。”

为什么叫"香山"？

香山，取名自北京香山，寓意"高山仰止"。这个名字不仅体现了项目团队的远大抱负，更暗含了对中国计算机先驱们的敬意。要知道，中国第一台电子计算机就是在中科院计算所诞生的。

处理器构架

自 2020 年 6 月开始开发的雁栖湖为香山处理器的首个稳定的微架构。

香山的第二代微架构被命名为南湖。

香山的第三代微架构（昆明湖）正在 master 分支上不断开发中。

昆明湖微架构概览：

什么是RISC-V？为什么选择它？

在介绍香山之前，我们需要了解RISC-V这个"幕后功臣"。 想象一下，如果把处理器比作一本"菜谱"，那么指令集架构(ISA)就是这本菜谱的"烹饪语言"。长期以来，这些"菜谱语言"都被 Intel(x86) 和 ARM 牢牢把控。而RISC-V的出现，就像是一位厨师公开了自己的完整菜谱，让所有人都可以自由使用和改进。

香山选择 RISC-V，正是看中了它的开放性和灵活性。这就像是在一张白纸上自由创作，而不是被束缚在别人的框架里。

香山处理器有多强？

2021年，“香山”系列第一代开源高性能 RISC-V 处理器核“雁栖湖”正式发布，是同期全球性能最高的开源处理器核。2023年5月，第二代“香山”系列开源高性能 RISC-V 处理器核“南湖”正式发布，当时也成为了国内首款对标 Arm Cortex-A76 的高性能开源RISC-V处理器核；第三代“香山”系列开源高性能RISC-V处理器核则是“昆明湖”，设计工艺为7nm，主频达到3GHz，SPECINT2006评分为15分/GHz，性能对标Arm Neoverse N2内核，可广泛应用于服务器芯片、AI芯片、GPU、DPU等高端芯片领域，可以作为先进计算产业提供开源共享的共性底座技术。

让我们用生动的比喻来理解香山的关键特性：

1. 超标量乱序执行：多线程并行的艺术

想象你在收银台前排队结账。传统处理器就像只有一个收银员按顺序处理，而香山就像开了6个收银台！不仅如此，它还能"乱序处理"——就像快件可以优先处理一样，打破了指令必须按顺序执行的限制。

具体表现为：

每个时钟周期可以同时处理6条指令

配备了192个重排序缓冲器(ROB)条目

支持高精度的分支预测

2. 精密的流水线设计：流水作业的完美演绎

如果把处理器比作一条生产线，香山的流水线设计堪称精妙：

取指阶段：就像是原料采购

解码阶段：将"原料"分类整理

重命名阶段：为避免"原料"冲突做标记

分发阶段：分配到不同工作站

执行阶段：实际加工制造

提交阶段：质检出库

3. 智能的缓存系统：记忆的艺术

香山的缓存系统就像是一个多层记忆库：

L1缓存：容量64KB，就像大脑的即时记忆

L2缓存：1MB，相当于短期记忆

支持缓存一致性：确保多个核心之间的数据同步，就像团队成员之间及时沟通

开源的力量：为什么这很重要？

香山选择完全开源，这意味着：

透明性：所有代码都可以审查，没有"黑盒子"

教育价值：学生和研究者可以深入学习处理器设计

协作创新：全球开发者都能参与改进

生态建设：促进软硬件生态系统发展

未来展望

香山处理器的发展正处于上升期：

性能持续提升，主频已达 2 GHz

CoreMark跑分超过 5/MHz

在基准测试中展现出强劲实力

正在向更多应用场景扩展（生态很重要）

结语

香山处理器项目展现了中国在处理器领域的创新能力。它不仅是一个技术项目，更是开源精神的完美诠释。正如它的名字一样，让我们期待香山处理器能够越走越高，为中国乃至全球的计算产业贡献力量。

最后，香山的仓库：

https://github.com/OpenXiangShan/XiangShan

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审核编辑 黄宇