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龙芯2号处理器设计和性能分析

期刊名称：计算机研究与发展，43（6）：959-966，2006.6
时间：0
分类：TP302[自动化与计算机技术—计算机系统结构;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
作者机构：[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
相关基金：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（2005CB3216001）;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）
相关项目：计算机系统结构

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, superscalar pipeline, out-of-order execution, branch prediction, register renaming, dynamical scheduling, non blocking cache, load speculation, performance analysis

中文摘要：

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．

英文摘要：

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.

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