繼X60和X100之后，進迭時空正在基于開源香山昆明湖架構研發第三代高性能處理器核X200。與進迭時空的第二代高性能核X100相比，X200的單位性能提升75%以上，達到了16 SpecInt2006/GHz，單核性能提升125%以上，達到了50 SpecInt2006/Core，主要應用于超級AI計算機、云計算、高階自動駕駛等高性能計算場景。

X200是一款6發射、14級流水線的超標量亂序高性能RISC-V核。X200的整體特性如下：

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SpecInt2006 > 16分/GHz，單核頻率可達3.2GHz @ 7nm

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支持RVV1.0，Vector Crypto 擴展以及進迭時空 IME 擴展

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支持RVH，AIA技術，并且能夠與進迭時空自研IOMMU配合實現完整的虛擬化

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支持安全隔離技術，與進迭時空自研 IOPMP配合實現云計算級別的機密計算安全方案

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支持服務器級別RAS，Trace特性

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支持全芯片高效CHI互聯，與進迭時空自研NoC總線配合最大128核心的并行互聯

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將支持2025年定稿的最新 Profile 規范（RVA25）

X200 架構與微架構創新

基于開源香山，快速迭代

“昆明湖”是開芯院開發的第三代高性能核，整體性能對標 Arm N2，達到 SpecInt2006 性能15分/GHz。開芯院不僅開源了昆明湖全部的設計代碼，還提供了昆明湖的驗證環境、Golden model、性能分析工具（如完整的Simpoint Flow）以及經過部分對齊的昆明湖Gem5模型。基于開源的昆明湖性能模型和架構設計，可以大大減少了處理器設計過程中架構探索的時間，并在開源性能模型的基礎上進一步做微架構創新和性能迭代。

取指前端：昆明湖采用了分支預測和指令緩存訪問解耦（下稱Decouple）的架構，最大限度減少分支指令對高帶寬取指需求的影響。分支主預測器采用兩級FTB 加TAGE-SC結構，配合XS-Gem5的前端建模，設計了合理的參數規格；

執行后端：昆明湖實現了基于推測的指令喚醒與發射、Move指令消除、基于Checkpoint檢測點的指令恢復等多項機制，有效降低后端指令執行延遲，并提升推測錯誤時的恢復速度；

訪存單元：昆明湖探索了多種預取機制，基于第一級數據緩存實現了Stride, Stream, SMS, SPB的混合預取算法，基于私有的二級緩存L2 Cache實現了BOP與Temporal的算法，在SpecInt2006基準測試上取得了出色的效果。

因為香山核的全套開源以及出色的微架構設計，進迭時空X200選擇基于開源昆明湖研發第三代高性能CPU核。在昆明湖的架構上，進迭時空根據面向的計算場景，對部分模塊進行了優化，進一步平衡了部分模塊的PPA指標。X200 SpecInt2006能夠達到16分/GHz，相較前代X100提升75%以上。

取指前端升級

取指前端作為CPU核流水線的起點，其效率直接決定了后級流水線的運行負荷，是影響指令吞吐量的關鍵瓶頸。近年來，Apple M2, AMD Zen4 等處理器架構均在取指前端進行了大量的優化。

X200的取指前端，基于 Decouple 架構，進一步改進了FTB的結構，提升分支指令的存儲利用率；擴展了對2-Taken Branch 場景的支持，可實現每周期至多預測2個跳轉分支。

相應的，X200優化了指令Cache的組織結構，支持兩個獨立的取指塊并行取指。通過調整指令Cache Tag和Data的訪問流水級，緩解了指令Cache的訪問沖突，進一步提升整體的取指帶寬。

訪存及互聯設計優化

訪存及互聯往往是CPU核中最復雜的部分，訪存單元的設計也極大地影響了CPU核的性能。

X200的訪存單元優化了整體訪存流水線，支持了Load/Store復用流水線，平衡了性能和資源的消耗。針對整個訪存通路，通過指令提前喚醒和流水線優化，極致優化訪存延遲，L1 Cache的Load To Use Latency控制在4個周期，2M Priave L2 Cache控制在10個周期，Cluster Level Cache控制在~30個周期；針對應用場景，進一步調優預取算法；核級別和簇級別均支持超深的Outstanding能力，面向AI等大數據量搬運場景，允許更多事務在下個層次的內存系統中并行，減少整體內存的訪問延遲。

在互聯的設計上，從核互聯成簇以及多簇之間的互聯，均使用了CHI的標準協議，最高可支持到CHI.F協議，核間根據簇中核的規模，使用 Ring/Mesh Bus進行互聯，在提升可擴展性的同時，進一步提升簇內總線的頻率與帶寬。支持Cache Stash的功能，能夠通過主動的緩存預存，降低關鍵數據包的獲取延遲。

向量及AI單元優化

X200支持RISC-V Vector1.0及Vector Crypto指令集，VLEN支持256/512/1024可配，數據處理寬度支持4x128/4x256可配。矢量整型指令支持SEW=8/16/32/64；矢量浮點指令支持SEW=FP16/BF16/FP32/FP64。訪存處理寬度上支持3x128/3x256的可配，并支持矢量訪存指令的非對齊訪問。

同時，X200支持符合RV規范的IME擴展的 AI 增強指令

（INT4/INT8/FP8/FP16/BF16/FP32），提供靈活易用的融合 AI 算力。此外，X200可配地通過接口擴展的方式支持AME擴展，以提供更加定制化的AI算力。

在此基礎上，X200針對常見的應用場景，結合算法特點，對向量/AI處理能力和能效進行優化，并重點對向量訪存和向量計算資源的均衡和協同、復雜訪存pattern以及復雜元素置換操作在亂序核中的的實現等方面進行深度調優。同時，考慮到大帶寬向量帶來的龐大資源投入，X200基于對大量算法的模擬分析，評估并權衡不同指令對資源/功耗開銷以及性能回報，做了不同層次的向量可配性，以滿足不同應用場景的性能和PPA需求。

新擴展指令集支持

RISC-V是一個高速發展、充滿活力的指令集，2024年，RISC-V共批準(Ratified)了23個規范，RISC-V正快速在各個場景下，拉近與x86、Arm之類成熟指令集的距離。X200面向應用領域的需求，進一步對RISC-V最新的擴展進行了支持：

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支持QoS規范（CBQRI, QoSID），進一步提升高優先級數據的延遲表現，增強系統的穩定性和實時性

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支持Svadu, Zacas擴展，分別降低多核間頁表更新的代價，減少多核搶鎖的概率，提升多核系統的效率

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支持CFI擴展，使用Shadow Stack和 Landing Pad技術保護內存，降低系統被攻破的概率

X200 也將持續跟進RISC-V的最新擴展以及 Profile，將會支持今年定稿的最新Profile（預計為 RVA25）。

服務器級特性優化

X100已經實現了完整虛擬化、符合云計算場景的安全功能、符合計算機7*24小時穩定工作的RAS特性等。X200在X100的基礎上，在完整實現這些功能的同時，也將做進一步增強。重點面向云服務應用場景，通過優化TLB及Walk Cache的組織形式，減少虛擬化多級地址翻譯帶來的性能損失；擴展Trace以及HPM（高性能計數器）功能，配合自研總線進行系統級優化，提升性能分析、問題定位的跟蹤效率；支持更多RAS信息上報，配合全通路CHI總線支持，進一步提升總線的穩定性，配合進迭時空服務器管理固件，能夠提升服務器系統可發現錯誤、可糾正錯誤、可管理錯誤能力。

借助于香山昆明湖出色的架構和微架構基礎，進迭時空開展了X200的研發工作，并實現了對第二代處理器核X100的大幅性能提升。當前，X200已經完成了代碼開發并進入了持續的PPA優化階段，預計將在2025年Q4季度研發完畢，基于X200的高性能計算芯片將在2026年底面市。

更多X200的設計細節將在后續的公司微信公眾號中陸續做介紹，敬請大家期待。