基本介紹
- 中文名：香山
- 外文名：XiangShan
- 產品類型：RISC-V處理器
發展歷史,產品規格,產品設計,核心技術,產品型號與產業套用,生態建設與社區影響,開源社區活躍度,學術界認可與採用,學術活動與出版物,產業合作與生態共建,相關事件,
發展歷史
香山處理器第一版（代號雁棲湖）於2021年7月投片，在28nm的工藝節點下達到1.3GHz的頻率。該版本於2022年1月回片並成功點亮，能夠正確運行Linux/Debian等複雜作業系統。其性能評估SPEC CPU2006分數達到7.02分/GHz。
2022年5月26日，在2023年中關村論壇“RISC-V開源處理器晶片生態發展論壇”上，發布了第二代“香山”（南湖架構）開源高性能RISC-V處理器核。第二代代號為“南湖”，在微架構上進行了多項改進，包括新的前端取值與分支預測設計、最佳化的後端執行流水線等。南湖V1版本於2023年11月投片，在14nm工藝節點下頻率達到2GHz，在2GHz主頻下達到SPECint 2006 18分，性能對標ARM Cortex-A76。
2024年4月，第三代“香山”開源高性能RISC-V處理器核（昆明湖）正式發布。第三代代號為“昆明湖”，面向數據中心和高性能計算場景，設計工藝為7nm，主頻達到3GHz，SPECINT2006評分為15分/GHz，性能對標ARM Neoverse N2。昆明湖IP核已於2025年7月實現了首批量產客戶的產品級交付。
產品規格
香山處理器系列包括三代架構：第一代“雁棲湖”採用28nm工藝，主頻1.3GHz，採用亂序六發射結構，SPEC CPU2006分數約7分/GHz，支持RV64GC指令集，性能對標ARM A72。第二代“南湖”採用14nm工藝，主頻2GHz，支持RV64GCBK指令集，SPEC CPU2006分數10分/GHz，性能對標ARM Cortex-A76。第三代“昆明湖”採用7nm工藝，主頻3GHz，支持RV64GC及向量擴展，SPEC CPU2006分數15分/GHz，性能對標ARM Neoverse N2；根據2026年3月最新發布，昆明湖處理器核SPEC CPU2006實測分值達到16.5分/GHz。
產品設計
香山處理器採用“湖”系列進行架構代號命名。項目採用Chisel硬體描述語言進行開發，旨在探索並建立一套高性能處理器的敏捷開發流程。
香山處理器支持RV64GC指令集，並擴展支持B（位操作）、K（密碼學）等擴展。其三代架構技術參數分別為：第一代“雁棲湖”採用28nm工藝，主頻1.3GHz，SPEC CPU2006評分約7分/GHz；第二代“南湖”採用14nm工藝，主頻2.0GHz，SPEC CPU2006評分約10分/GHz，支持RV64GCBK指令集；第三代“昆明湖”採用7nm工藝，主頻3.0GHz，SPEC CPU2006實測分值達到16.5分/GHz。
項目採用木蘭寬鬆許可證第2版進行開源。
核心技術
香山處理器採用了基於Chisel硬體構造語言開發的超標量亂序執行架構，主要由前端、後端、存儲系統和系統級組件四大部分組成。前端模組負責指令的獲取、預解碼和分支預測，包括取指單元、指令快取、分支預測單元和指令預取器，採用了TAGE分支預測器，並採用分支預測和指令快取解耦的取指架構以提升效率。後端模組負責指令的解碼、重命名、發射、執行和提交，主要包括解碼單元、重命名單元、發射佇列、執行單元和重排序緩衝，處理器支持亂序六發射，具備高精度的動態調度能力。
存儲系統負責數據的載入和存儲操作，採用非阻塞快取、預取機制和存儲頻寬最佳化。快取系統包括L1指令/數據快取、L2快取及在第三代架構中引入的L3快取，並支持基於MESI協定的快取一致性。訪存子系統被分離設計，包括獨立的load流水線、store流水線及相關佇列。
香山處理器支持RISC-V向量擴展（RVV 1.0），具備可配置的向量長度和向量處理能力，包括向量算術運算、邏輯運算、數據類型轉換等操作，並進行了向量存儲系統最佳化。
項目建立了名為“MinJie”的晶片敏捷開發平台，包含基於規則的敏捷驗證方法、基於系統快照的敏捷仿真調試方法等工具鏈。擁有完整的驗證基礎設施，包括DiffTest（指令級線上差分框架）、LightSSS（輕量快照回滾）和形式化驗證等，形成了高效的敏捷驗證工作流。
面向數據中心和高性能計算的第三代微架構“昆明湖”，進一步提升了多核可擴展性、高速互聯匯流排與強一致性記憶體系統。其採用7nm工藝，主頻達3GHz，採用三級快取結構（含1MB L2和16MB L3），SPEC CPU2006實測分值達到16.5分/GHz，性能達到國際先進水平。
產品型號與產業套用
香山處理器已發展出三代核心架構，分別為雁棲湖、南湖與昆明湖。第一代“雁棲湖”架構於2021年7月投片，採用28nm工藝，主頻1.3GHz，其SPEC CPU2006分數達到7.02分/GHz。第二代“南湖”架構於2023年11月投片，採用14nm工藝，主頻2.0GHz，支持RV64GCBK指令集，SPEC CPU2006分值約10分/GHz。第三代“昆明湖”架構採用7nm工藝，主頻3.0GHz，其SPEC CPU2006實測分值達16.5分/GHz，性能對標ARM Neoverse N2。
香山已確立兩條產品化發展路線：“經典核”基於南湖架構，對標ARM A76，面向泛工業領域；“高性能核”基於昆明湖架構，對標ARM N2，面向數據中心和算力設施等領域。
生態建設與社區影響
香山項目旨在成為面向世界的體系結構創新開源平台，服務於工業界、學術界和個人愛好者，並持續探索高性能處理器的敏捷開發流程。其代碼、設計文檔和開發工具已在GitHub、Gitee及GitLink等國內外開源社區平台開放。
開源社區活躍度
“香山”作為國際上最受關注的開源硬體項目之一，已在全球最大的開源項目託管平台GitHub上獲得超過6500個星標（Star），形成超過800個分支（Fork）。
學術界認可與採用
學術活動與出版物
香山團隊持續在國際頂級學術會議（如MICRO、HPCA、ASPLOS）上舉辦Tutorial，分享微架構和敏捷開發進展。例如，團隊在HPCA 2025和MICRO 2024會議上成功舉辦了相關Tutorial。2023年，香山團隊相關論文《Towards Developing High Performance RISC-V Processors Using Agile Methodology》入選IEEE Micro年度Top Picks（亮點工作）。2024年，毛德操所著《RISC-V晶片設計：香山原始碼剖析》出版，對香山源碼進行了系統剖析。
產業合作與生態共建
在產業落地方面，芯動科技、進迭時空、藍芯算力等企業基於“香山”處理器成功推出商用晶片，全球首次實現高性能開源晶片的產品級交付與規模化套用。香山項目也與產業夥伴深化戰略合作，例如與合見工軟合作，利用其驗證硬體系統（UVHS）加速大型多核處理器的驗證流程。此外，中國科學院計算技術研究所聯合北京開源晶片研究院、騰訊、阿里、中興通訊等形成了聯合研發團隊，共同推進處理器開發。
相關事件
2021年7月，香山處理器第一代“雁棲湖”架構投片，並於2022年1月回片並成功點亮Linux系統。2022年8月24日，中科院計算所、北京開源晶片研究院、騰訊、阿里、中興通訊等成立聯合研發團隊，開展第三代“昆明湖”架構的聯合開發。同年10月，香山處理器團隊論文在MICRO 2022國際會議上發表。
2023年1月，香山處理器團隊論文《Towards Developing High Performance RISC-V Processors Using Agile Methodology》入選2022年度IEEE Micro Top Picks。2023年5月26日，在2023中關村論壇“RISC-V開源處理器晶片生態發展論壇”上，發布了第二代“南湖”架構。同年11月，香山處理器第二代“南湖”V1版本投片。
