RISC-V架构CPU的RAS解决方案

RISC-V架构以追赶者的姿态在多个应用领域与X86架构和ARM架构展开竞争。在服务器应用领域，RISC-V架构正在重新定义服务器芯片领域必备的安全、虚拟化和RAS等规格和规范。

服务器CPU芯片作为服务器核心部件，承担了CPU算力、高速内存接口和高速IO传输接口等功能。从应用场景和需求出发，RAS（Reliability、Availability、Serviceability）已经成为服务器系统必备的功能属性：高可靠性（Reliability）可以延长整个系统硬件“满血”运行的持续时间，此阶段为服务器系统最理想状态；高可用性（Availability）使得硬件系统发生随机或者持续硬件故障时，通过软硬件协同处理，系统仍然可以维持“残血”运行，不至于因为关机导致服务中断；高可维护性（Serviceability）使得在系统崩溃时，能够迅速定位故障，通过替换部件等方式对服务器进行“补血”，为系统尽快恢复运行提供保障。

（图1:RAS定义框架）

进迭时空以RISC-V高性能算力计算核心SpacemiTX100 Core为基础构建的服务器CPU芯片，充分考虑了服务器的RAS需求，集成了包含RAS组件功能特性和RAS管理功能特性的完整RAS软硬件方案，并在应用层上对X86和ARM服务器的RAS方案做了兼容适配：RAS处理机制遵循Firmware First准则；通过RISC-V协议栈，支持ACPI的APEI规范，获得面向OS的错误信息格式兼容。进迭时空的RAS方案完全遵循RISC-V RERI(RAS ErrorRecordRegisterInterface)故障处理接口规范，通过内存映射的寄存器接口统一了各种RAS信息的记录和上报。

进迭时空RAS组件架构

进迭时空服务器CPU芯片的RAS硬件方案主要围绕SpacemiTX100Core、DDR控制器、PCIe控制器、片上互连总线等几个核心部件展开。

（图2:进迭时空RAS组件架构）

SpacemiT X100 Core 和 Cluster

• 实现L1/L2 Cache的Parity校验和ECC，TLB 的Parity校验，对于Parity错误和ECC不可纠正错误会进行Cachelineinvalid并Reload，对于ECC可纠正错误会进行数据回刷 (Scrubbing)；
• 实现系统总线数据的Data check和Data poison检测，在Core读取Cache line时若检测到数据错误则触发异常中断;
• 集成Core Boot MBIST，在启动中测试CPU内部的所有RAM单元，若MBIST failed则通知系统启动固件对Core进行隔离；
• 集成RISC-V规范RAS RERI接口模块;
  
• 支持Warm Reset，允许在保留RAS错误信息的同时重启CPU核。

DDR控制器

• 实现控制器端系统总线数据的Data check和Data poison；
• 实现控制器内部RAM的Parity校验；
• 通过ECC机制实现对DRAM的命令式和自动式巡检回刷 (Scrubbing)；
• 对DRAM读写数据进行CRC校验，若有错误自动Retry；
• 支持DDR5的EAPAR（Encoded Address Parity）机制；
• 支持72-bit和80-bit的DDR5 ECC DIMM，可以实现内存颗粒Chipkill功能；
• 支持对DRAM颗粒的PPR（Post Package Repair）修复功能。

PCIe控制器

实现控制器端系统总线数据的Data check和Data poison；

实现控制器内部RAM的Parity校验；

支持传输层的ECRC校验；

支持链接层的LCRC校验；

在Lane training failed时，可以进行Lane isolation；

支持PCIe设备热插拔。

片上互连总线

实现所有总线数据的Data check和Data poison；

实现互连总线的错误Response传递；

支持SLC和SF的RAMECC；

支持片间互连总线接口的ECRC和LCRC校验。

进迭时空RAS管理架构

（图3:进迭时空RAS管理架构）

服务器CPU芯片对RAS信息的处理主要通过SpacemiT X100 Core 主CPU单元和RMU管理单元实现，两者协同分工，实现了对本芯片中所有重要系统组件和多芯互连系统中其他芯片的RAS处理（如OS交互、BIOS固件执行、带外BMC通信等），极大提升了RAS处理的可靠性，它的管理架构特性主要有：

SpacemiT X100 Core 支持RAS中断接口，通过Cluster内部RERI模块，实现符合RISC-V RERI规范的CPU核故障记录和异常中断；

PCIe支持符合规范的AER（Advanced Error Reporting）；

通过CPU芯片的管理单元（RMU），实现整芯片RAS错误故障的异常处理：故障信息收集和存储、故障的软件通知和处理；

通过CPU芯片的带外接口，实现BMC芯片的带外RAS故障收集和交互。

进迭时空通过由RAS功能组件和RAS管理软硬件架构协同组建的RAS系统，实现完整的RISC-V架构服务器RAS解决方案，即将推出业界首个完整支持服务器RAS的CPU产品。

文字：博志、风行、Stephen、hw、Zetalog审核：Sophie