龙芯2号处理器设计和性能分析  

Design and Performance Analysis of the Godson-2 Processor

作　　者：胡伟武[1] 张福新[1] 李祖松[1] 

机构地区：[1]中国科学院计算技术研究所计算机系统结构重点实验室,北京100080

出　　处：《计算机研究与发展》2006年第6期959-966,共8页Journal of Computer Research and Development

基　　金：国家自然科学基金杰出青年基金项目(60325205);国家"八六三"高技术研究发展计划重点基金项目(2002AA110010;2005AA110010;2005AA119020);国家"九七三"重点基础研究发展规划基金项目(2005CB321600);中国科学院计算技术研究所基础研究基金项目(20056020);中国科学院计算技术研究所知识创新课题(20056240)~~

摘　　要：介绍龙芯2号处理器设计及其性能测试结果．龙芯2号采用四发射超标量超流水结构。片内一级指令和数据高速缓存各64KB，片外二级高速缓存最多可达8MB．为了充分发挥流水线的效率，龙芯2号实现了先进的转移猜测、寄存器重命名、动态调度等乱序执行技术以及非阻塞的Cache访问和load Speculation等动态存储访问机制．龙芯2号处理器采用0．18gm的CMOS工艺实现，在正常电压下的最高工作频率为500MHz，500MHz时的实测功耗为3～5W．龙芯2号单精度峰值浮点运算速度为20亿a／秒，双精度浮点运算速度为10亿a／秒，SPECCPU2000的实测性能是龙芯1号的8～10倍，综合性能已经达到PentiumⅢ的水平．目前芯片样机能流畅运行完整的64位中文Linux操作系统，全功能的Mozilla浏览器、多媒体播放器和OpenOffice办公套件，可以满足绝大多数桌面应用的要求．In this paper, the design and the result of performance analysis of the Godson-2 processor are presented. The Godson-2 implements a 4-way superscalar pipelined architecture, contains two 64KB L1 caches for instruction and data, and supports up to 8MB off-chip L2 cache. To improve the pipeline efficiency, The Godson-2 utilizes out-of-order executing technologies such as advanced branch prediction unit, register renaming and dynamic scheduler, and dynamic memory access mechanism like non-blocking cache and load speculation. The Godson-2 is implemented on 0.18um CMOS technology, with a maximum frequency of 500MHz under normal voltage and consumes 3-5 watts power under that frequency. The Godson-2 can perform one billion double-precision floating-point operations per second （two billion for single-precision）, and the overall performance is comparable to Intel Pentium III with similar frequency. Presently a full Linux distribution （Debian） is running well on the Godson-2 prototype machines, including important desktop applications such as Mozilla web browsers, media players and OpenOffice.

关 键 词：超标量流水线 乱序执行 转移猜测 寄存器重命名 动态调度 非阻塞的cache load指令猜测执行 性能分析 

分 类 号：TP302[自动化与计算机技术—计算机系统结构]