15.RISC-V基础指令集在数据中心场景的评估和展望.pdf

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1、RISC-V基基础础指令集在数据中心指令集在数据中心场场景的景的评评估和展望估和展望侯俊杰 Hou Junjie-ByteDCONTENTS目录 RISC-V应应用及用及软软硬件需求差异硬件需求差异 高频RISC-V指令Pattern识别 高频Pattern分析和指令扩展 ByteDance社区Proposals和展望01020304RISC-VRISC-V指令集在应用之初主要面向嵌入式等低功耗应用指令集在应用之初主要面向嵌入式等低功耗应用随着近些年随着近些年RISC-VRISC-V处理器在越来越多应用场景的成功，处理器在越来越多应用场景的成功，RISC-VRISC-V逐渐进入数据中心等高性能

2、场景逐渐进入数据中心等高性能场景嵌入式嵌入式/实时实时CPUCPU目标市场：目标市场：微控制器、嵌入式系统、实时控制系统（汽车、工业）、物联网节点。低功耗低功耗实时响应实时响应确定性执行确定性执行小面积小面积/低成本低成本高性能高性能/服务器服务器CPUCPU（如数据中心、云计算处理器）（如数据中心、云计算处理器）目标市场：目标市场：云服务器、数据中心、5G基础设施、高性能网络、边缘服务器。极致追求性能、吞吐量、可扩展性、能效和特定工作负载优化（如云、网络、HPC）高性能高性能高吞吐量高吞吐量多核并行多核并行虚拟化等高级特性虚拟化等高级特性特性特性嵌入式嵌入式/实时实时CPU高性能高性能/服服

3、务务器器CPU程序程序CodeSize小型指令缓存或无缓存，极小化代码体积(存储成本敏感)大型多级指令缓存，允许较大代码体积(存储资源充足)代代码码布局布局紧凑布局，减少跳转开销缓存友好型布局，提高指令获取效率函数函数调调用用约约定定最小化寄存器保存，减少栈操作优化寄存器使用，支持复杂参数传递对齐对齐要求要求严格对齐访问，减少硬件复杂度支持高效非对齐访问程序程序Code差异差异特性特性低功耗低功耗/嵌入式嵌入式CPU高性能高性能/服服务务器器CPU指令指令长长度度（如如C扩扩展）展）16位压缩指令优先，减少代码大小代码大小影响很小，32位标准指令可以优化解码效率Dynamic指令数指令数最小化

4、动态指令数(降低功耗，满足实时性）允许一定动态指令数增加(通过并行和缓存掩盖延迟)高性能复高性能复杂杂指令指令避免复杂指令(简化流水线，降低功耗)高频pattern复合/加速指令，提升单线程性能控制流指令控制流指令简单条件分支，固定跳转范围Code Footprint较大，控制流逻辑复杂，长距离跳转有需求高高级级系系统统功能功能扩扩展展基本功能，最小实现支持Server Platform/RVA23等完备扩展指令需求差异指令需求差异嵌入式嵌入式/实时实时CPU高性能高性能/服服务务器器CPU实时实时行行严格确定性执行(很少或不支持投机执行)允许非确定性优化(深度投机，乱序执行)功耗功耗/性能性

5、能功耗要求较高，一般顺序执行或低乱序更关注性能，乱序多发射地址地址转换转换简单或无MMU复杂TLB结构，支持大页和多级页表缓缓存存层层次次单级缓存或无缓存复杂多级别缓存层次核心数核心数单核或N核128-256+异常异常处处理理简化的异常处理机制复杂的精确异常和中断处理虚虚拟拟化化无支持容器等方案隔离应用硬件需求差异硬件需求差异CONTENTS目录 RISC-V应用及软硬件需求差异 高高频频RISC-V指令指令Pattern识别识别 高频Pattern分析和指令扩展 ByteDance社区Proposals和展望01020304高高频频指令指令pattern SpecCPU 2017 Int(L

6、LVM)频频度度Profiling(各子各子项项占比数据占比数据Geomean)应用/服务器CPU重要综合测试Benchmark:SpecCPU2017SpecCPU2017主要衡量CPU算力、内存子系算力、内存子系统统效率与数据中心业务有部分重合，针对CPU Core有一定表征度缺乏对I/O、网、网络络、存、存储储、虚、虚拟拟化、分布式化、分布式计计算算的表征能力数据中心数据中心业务业务有关有关联联度度SpecCPU子子项项视频处理525.x264_r(x264)微服务557.xz_r(数据压缩)数据库523.xalancbmk_r(XML解析)500.perlbench_r(脚本处理)大数