龙芯 3c_龙芯和arm_龙芯 骗局(7)

GS464E对GS464的改造是全方位的。在指令系统方面，我们在MIPS64 R3的基础上进行了扩展（MIPS指令系统的授权允许用户进行扩展）并形成龙芯指令系统LoongISA，除增加一些基础指令外，还有支持云计算的虚拟化扩展，以及加速X86和ARM二进制翻译的扩展。在微结构方面，除了前述的把访存功能部件从一个增加到两个外，还把Cache行大小从256位增加到512位，最后一级Cache从四路组相联提高到16路组相联，增加了多个层次的预取，把重排序缓存ROB从64项增加到128项，重命名寄存器个数从64个增加到128个，乱序发射队列由原来的定点和浮点各16项增加到定点16项（3A3000增加到32项）、浮点24项（3A3000增加到32项）、访存32项，重新构建了整个转移猜测模块。此外，用大量的测试程序对微结构进行了细节的磨合，局部优化达到三十多处。3A2000的多核互连模块和内存控制器也进行了性能优化。尤其是内存控制器的优化，可以大幅度提高访存频率和效率。2014年7月，RTL代码冻结。

3A2000除了使用流片厂家提供的标准单元库、Memory Compiler生成的RAM、低速IO单元以及efuse单元以外，包括锁相环、HT PHY、DDR2/3 PHY、多端口寄存器堆、CAM、温度 传感器等宏单元都是我们自己定制的，没有使用任何第三方的宏单元模块。因此，全定制工作量也不小。

3A2000的物理设计采取了很多优化措施，初步建立起一套在主流EDA工具基础上的In-House的流程和工具，包括统一支撑的设计平台，基于触发器聚类的定制时钟设计，深度层次化设计等。这套In-House的流程和工具比纯粹依赖EDA工具的单元级设计流程提升性能20%左右。

2014年11月初，3A2000交付流片。这次流片共有龙芯的三款芯片一起拼了个全掩膜。由于流片前的功能验证非常充分，尤其是在3A2000验证过程中，王朋宇负责的验证组完善了龙芯指令级随机验证环境，从原来只覆盖用户态指令到覆盖核心态指令以及例外处理，大大提高了3A2000的功能验证覆盖率。物理设计和检查也精雕细刻，我们对3A2000流片成功很有信心。

经过几个月的焦急等待，2015年4月10日晚饭后，终于拿到了3A2000的盲封样片，连夜进行调试，到第二天早上三点多成功运行操作系统。随后的测试一切顺利：在运行了包括SPEC CPU2000、SPEC CPU2006、Unixbench等大型程序后，功能未见异常；主频可以达到1GHz；SPEC CPU2006单核分达到6-7分，是3A1000的3倍左右，尤其是以STREAM测试表征的访存带宽大幅度从3A1000的不到1GB/s上升到10GB/s，与市场主流处理器基本持平。在基于龙芯3A2000的桌面终端上进行各种办公应用，觉得流畅多了。有部分芯片在较高电压下运行不稳定，当时并没有引起重视。

2015年5月，经过ATE测试台成测的一批芯片回来测试，发现功能测试结果与ATE测试台测试结果不一致，即部分芯片通过ATE测试后功能还是不正常，这是3A2000完成产品化的严重障碍（即通过测试后提供给客户的芯片中有一部分可能是坏的）。通过调整ATE向量，ATE测试与功能测试的一致性增强，但还有部分芯片不完全一致，总体感觉N管偏快的工艺稳定性明显增强。为了更好地分析原因，6月初请厂家把第一次流片中6个hold的晶圆调整工艺角开始生产。

经过继续深入的分析，发现两个明显现象：一是N管偏快的芯片稳定性好很多，ATE测试和功能测试比较一致；二是通过改善主板电源稳定性，有利于芯片稳定。虽然机理不是很清楚，但在当时巨大的市场压力下（采用引进技术的CPU到处攻击龙芯性能不行，要求有关自主化应用放弃龙芯，使用引进技术的CPU），决定结合已有的现象进行改版流片，一是更换定制的电容更大的DECAP替换厂家提供的DECAP以抑制动态压降（定制的DECAP电容比厂家提供的DECAP电容提高一个数量级），这会带来抗ESD能力下降的风险，但我们经过分析觉得风险不大（事后流片回来进行了ESD实验，抗2000V人体模型没问题）；二是根据负责全定制工作的钟石强的建议调整了定制寄存器堆的字线和位线配合时序（增加了20ps左右的裕量），因为仿真发现N管偏快有利于定制的寄存器堆字线和位线时序配合，与实验现象符合。3A2000的第一次改版只改了6层掩膜板，于9月初完成改版设计并交付流片。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/jisuanjixue/article-37557-7.html