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#香山调试直播# 香山芯片调试目标完成!

记录一些流水账:

2021年6月22日,香山在RISC-V中国峰会上第一次亮相,这是当时公开的国际上性能最高的开源RISC-V处理器核设计,受到国内外的很多关注,如今在GitHub上已有近2500个Star,250多个Fork。虽然我们的报告是中文的,但却有不少英文报道,甚至还有来自俄罗斯的关注。可以说,香山成为国际上最受关注的开源芯片项目之一。

2021年7月15日,第一代香山“雁栖湖”流片。但接下来由于受到全球芯片产能影响,我们不得不经历漫长的等待期。因为许久没有回片后的消息,有一些关注香山的朋友发来小心翼翼的询问:“香山是不是流片失败了?”流片失败,就是指香山无法点亮,也就意味着它就是一块石头。

2022年1月20日,等待了整整半年,香山终于回片了。硬件调试存在很大不确定性,很可能1个bug就会需要耗上1-2个月才能解决。而硬件问题解决不了,软件调试就会受到影响。尽早发现硬件问题,此时的香山就如同刚从医院拿回来的一份尚未打开的检查报告——面对它心中充满忐忑,不知道结果是好是坏。如果要等春节假期结束后才能看报告,这个年我们会过得心里很不踏实。另外,还存在一个不确定性,就是疫情防控。前段时间北京出现疫情,导致不少同学无法回家。但另一方面,由于冬奥会、两会等一系列活动,如果其他地方出现疫情,也可能导致离京后一段时间内甚至整个2月不能返京,那就会再空耗一个月。

我们希望能尽早消除一些不确定性,否则过年心里也不踏实。时间,对于香山调试非常宝贵。于是,香山团队的多位小伙伴(徐易难、李作骏、王诲喆、勾凌睿、张紫飞、蔺嘉炜、李乾若、甄好)决定留在北京攻关调试,加上唐丹和我,组成了一支攻关调试小分队。其中有几位是因为老家疫情而留在了北京,也有本来就是北京人,除了这些这些线下的小伙伴,还有全国各地的老师和同学一起在线参与。

1月26日开始,采用香山枫叶红底色的主板陆续从深圳寄到北京。此前,1月22-24日,深圳团队的蔡晔老师、刘彤、何伟等已经在深圳焊好主板,完成了初步的调试,包括系统时钟、串口、Flash等,验证IO通路正确。

1月29日,调试攻坚战正式打响了。调试过程一开始出乎意料地顺利,虽然有些小曲折,但都很快解决。到1月30日,我们取得了不错的战果:
•CPU频率从24MHz切到1GHz;
•DDR4-2400初始化成功,并稳定运行;
•Linux正常启动进入Shell;
•CoreMark成功运行,5.3分,与仿真完全一致。

1月30日晚上,收到了中国科学院大学公共管理学院刘继安老师的消息,是她和博士后徐艳茹希望观摩香山调试。晚上9点,徐博士先来到了调试现场,拍了几张照片,然后便跟我们说,她春节也不能回去过年,希望能全程观摩香山的调试过程。我们觉得应该很快就可以结束调试了,便欣然答应。但任何事情都不要高兴太早!

1月31日,大年夜。就在我们认为可以“牛年事、牛年毕”,可以在牛年就能跑出SPEC CPU2006分值、初步完成调目标时,现实狠狠地打了我们的脸——在运行SPEC CPU2006时,DDR4-2400稳定性存在问题,会导致返回数据出现随机错误。DDR是芯片调试过程最麻烦的问题,看来我们终究还是要面对。

我们分头吃年夜饭。下午2点,唐丹老师回家和家人一起吃了顿年夜饭;下午4:30,唐老师又过来和我们一起吃了一顿年夜饭,然后回到调试作战室放松:春晚,PS5,瓜子……晚上7点,我再回家和家人又吃了一顿年夜饭。一个难忘的大年夜!

大年初一到初三,大家休息了三天。

初四,重新整装上阵。内存专家李作骏全力攻占DDR稳定性问题,其他人全力配合。全志D1-H项目负责人孙彦邦提到当时在全志时DDR调试也是难点,他推荐了在Linux下的memtester来测试内存。

初五,徐易难很快便在Linux下编译好memtester,并开始测试。初步测试访存确实不稳定,内存在作Bit Flipping时会出现8KB数据不正确。于是开始尝试修改CPU频率,1GHz提高到1.1GHz,1.26GHz,但都不稳定;那就给CPU降频,降到800MHz、600MHz,似乎访存稳定性好一些,但还是会随机出错。

唐丹老师查看DDR PHY手册,发现PHY和DIMM的VRef配置不同步,修改后稳定性得到改善,但memtester还是会出现随机访存出错,只是出现概率降低了。但是,哪怕概率再低,也不可接受——对于理论上1GHz频率下每秒可运行60亿条指令的香山来说,哪怕是亿分之一的随机出错概率,也意味着每秒会出现几十次访存数据错误,这是不可接受的。我们必须要把访存调稳定。

初六,大家继续尝试——修改DDR Trainimg参数,修改Linux启动时内存容量,改变DDR供电电压……始终无法消除DDR访存的随机出错问题。我们怀疑DDR信号完整性问题,希望看一下DDR信号的眼图。开始一通打电话借设备,我们借到了一台DDR逻辑分析仪。这这台设备和HMTT很像,也是插在DIMM槽,但它内部提供高频采样时钟,可以直接抓DDR访存数据信号。我们花了半天的时间研究如何使用,当搞清楚后,发现在DDR-2400配置下采不到预想的信号。晚上9点多,打电话给设备代理商,被告知这台设备采购时没有选支持2400的模块,现在还支持DDR-1600。燃起的希望又熄灭了。

初七,唐丹老师又开始打一轮电话,又向郝沁汾老师借来一台示波器。有人建议看一下电源是否稳定,波动幅度是否太大,可以换一下精密电源。唐老师、徐易难立刻开始测试电源稳定性,发现真的会出现上下60-80mV的波动。那时,看到这个几十毫伏的波动,似乎大家心里涌出一丝欣喜,希望这就是DDR访存不稳定的问题所在。唐丹马不停蹄地区采购精密电源,不幸的是在换电源后,我们使用最多、相对最稳定的一块板卡“牺牲”了——烧了!来不及难过,立刻又切换到另一块板卡开始测试起来。结果有点沮丧,换了精密电源后依然无法消除访存随机性问题。

李作骏通过对DDR信号进行仿真,发现DDR DQS信号的ODT参数设置存在问题,同时把所有的访存性能相关的参数调到最保守设置。大家又寄希望于这次DDR参数修改。

此时,于是另一条调试网卡的战线开始启动,由王诲喆担任主攻手:测试网卡时钟信号、调整GMAC频率,设置设备树,修改驱动——网卡很快就被识别出来了,能看到网卡能收包了,但是问题是不能发包。

初八,跑了一个晚上的memtester,连续运行了12个小时,只有一个访存出错。这次稳定性得到了极大的提高,但还没有彻底解决,运行SPEC CPU依然出错。这时,大家决定尝试一下将DDR降频到1600。DDR-1600配置下,李作骏又对DDR Training做了优化,调高了Refresh Burst数量,激动人心的时刻发生了——之前跑不过的SPEC CPU应用都能跑完了!DDR访存稳定性问题终于解决了!

从初八开始,勾凌睿便开始用SPEC CPU2006程序烤机,香山频率设置为1GHz,DDR设置为1600,连续几十个小时的运行,再也没有出现过错误了。当然,这并不是最终目标,我们知道DDR访存性能对整个香山芯片的性能至关重要,接下来我们还继续优化DDR性能。

另一条战线,王诲喆仍然在调试网卡。在香山上用tcpdump能看到从另一台机器发过来的网络包,对比发送端的wireshark,内容正确。但是发送始终存在问题,ping依然不通。

初九,跑了一天的SPEC CPU,再也没有出错了,大家开始期待香山的SPEC CPU 2006分值了。网卡调试那边,手动修改了mac地址后,香山能收到ping,但是发送依然有问题。

初十,在修复了一个串口驱动小问题后,终于得到SPEC CPU 2006分值了,香山在1GHz频率、DDR-1600配置下,分值为5.97。这个数字对于香山来说,是一个里程碑。但我们知道,这并不是香山的真实性能,因为这是把DDR-2400降频为DDR-1600后得到的结果,从数据来看,很多访存密集型应用性能受到了很大的影响。如果把DDR进一步优化,香山性能还将进一步提升。我们根据Roofline模型推演访存性能优化目标。

正月十二,王诲喆也终于将网卡调通,香山功能基本完备。有了网络,大家就可以远程访问香山了。

正月十五,李作骏对DDR-1600时序进行了初步优化,之前受DDR访存的应用性能得到了大幅提升,比如bzip2-liberty的运行时间从483s降到了265s。这也意味着SPEC CPU2006分值即使在DDR降频的情况下还可以有很大的提升。

至此,历时近3个星期的香山攻关调试取得了圆满成功。香山调试直播完毕。

衷心感谢所有关注和支持香山的朋友!后续我们仍然会向大家介绍香山后续的性能优化进展。

—————

图1:调试攻关任务清单完成!
图2:与DDR访存稳定性战斗
图3:稳定运行SPEC CPU2006程序
图4:网卡正常工作
图5:SPECCPU 2006分值与对应配置
图6:Roofline模型推演访存性能优化目标
图7-9:香山调试现场

#歌尔股份(sz002241)[超话]# 元宇宙产业链已基本形成 关注终端侧和基础设施侧

“目前,元宇宙产业链已基本形成。”产业链可以划分为7个层次或4大板块。

具体而言,7个层次的划分,一是体验层,如游戏、社交、运动、电影、购物等。二是发现层,如广告网络、社交、策展、互评、商店、代理商等。三是创作者经济层,包括设计工具、资产市场、工作流、商业贸易等。四是空间计算层,包括3D引擎、VR/AR/XR、多任务界面、地理空间制图等。

“五是去中心化层,包括边缘计算、AI代理、微服务、区块链等。六是人机交互层,包括便携式智能眼镜、可佩带设备、手势交互、声控交互、交互式神经网络等。七是基础设施层,如5G、WIPI 6.6G、云计算、7mm/11mm工艺、微机电、图形处理、基础材料等。”方光照进一步指出。

如果按4大板块划分,方光照表示,可以分为硬件、软件、服务、应用及内容四方面。

首先,硬件板块内容方面,是提供用于开发、交互或使用元宇宙产品物理技术和设施设备。如网络基站、服务器、VR眼镜等。

软件板块方面,是为硬件提供支持与赋能。实现物理计算、渲染、数据协调、人工智能等功能。

服务板块,则是用于提供承载用户线上身份所存在的平台,分发相连接的数字内容、数字资产,以及支持对应的数字金融业务等。

而应用及内容板块方面,指提供医疗、教育、游戏等终端应用场景下的产品。

对于元宇宙发展路径,民生证券通信、元宇宙首席分析师马天诣告诉澎湃新闻记者,整体看主要有四大方面:一是内容侧,主要是游戏。二是终端侧,如目前生产VR/AR设备的公司。三是平台侧,如Meta(Facebook)、英伟达等公司。四是基础设施侧,即与传输、供电等相关的服务器、交换机、光模块等基础设施生产提供商。

“其中,在投资逻辑方向,目前内容侧的公司,更多是传统互联网的发展模式,培养用户活跃度等,因此短期出业绩的可能性比较低。而终端侧和基础设施侧的机会,相对而言是比较确定的。”马天诣说。

不过,马天诣提醒投资者,过去一两年间,由于疫情的影响,不少云服务相关公司估值达到了一个历史的高点,因此这些公司的估值,目前正处于消化阶段。

VR/AR行业或爆发在即

在元宇宙产业链中,VR/AR行业的下一步发展,得到了多位行业专家的看好。

方光照指出,虽然“VR元年”之后,行业发展不温不火,但VR/AR作为元宇宙的重要组成部分,有望迎来快速增长的拐点。

“在2018年,随着技术和内容上问题的暴露,曾经站上风口的VR行业一度发生衰退,之后虽重回发展轨道,但近几年整个行业发展一直不温不火。究其原因,主要有三方面:一是价格因素,高昂的价格是阻碍消费者去购买VR/AR设备的主要原因,便捷性比较好的VR头显价格普遍在几千元以上。二是技术问题,晕眩感仍然存在。三是匮乏的内容市场,从整个VR市场来看,虚拟现实相关的内容产品特别是现象级的大作十分缺乏。内容的缺乏,让VR缺乏对用户保持足够的吸引力。”方光照指出。

不过,方光照强调,随着内容应用方面,优质VR产品不断丰富,可自给、能盈利的内容生态开始成型。网络平台方面,5G的普及有望打破单机版VR小众化的瓶颈。叠加各厂商纷纷加速元宇宙的布局,在技术端和内容端推动虚拟现实发展,VR/AR这一元宇宙的重要组成部分,有望迎来快速增长的拐点。

中信建投证券研报同样认为,VR/AR硬件产业链日臻成熟,产品体验大幅提升,行业爆发或在即。

其中,VR方面,VR硬件成本中,处理器、存储、光学显示器件合计占比超过80%。其中光学显示器件技术发展成熟,未来将向下一代短焦光学方案发展。在充分满足消费端使用需求下,相关产品体验得到明显增强。

AR方面,硬件成本中,光学显示占比达40%。而光机设计是AR设备急需突破的技术难点,目前行业主要聚焦在光波导技术上,虽然高性能光波导的发展和量产仍需一定时间,但预期苹果等厂商入场将带动产业链迅速成长。

马天诣同时指出,目前VR/AR作为链接现实和线上虚拟世界的“桥梁”,正不断演进。如过去VR想达到好的效果,需要链接一台高性能的电脑,但现在已经相对地分离了。

“可以看到,很多VR/AR制造公司,与此前的手机、车载显示等制造业务相较,元宇宙终端的制造技术难度有所降低,因此未来的终端配套设备产品会做得比较好,下一步应该会出业绩。”马天诣判断。

元宇宙为游戏行业带来长期产业逻辑

除了VR/AR,游戏产业是另一条被多家机构看好投资主线。

元宇宙是传媒互联网行业未来的长期产业逻辑,而游戏在各类泛娱乐应用中,以其更加综合的娱乐体验,有望成为最先广泛推开的应用。

具体而言,以Facebook为代表的海外大厂加快对元宇宙的布局。其中,Facebook更名“Meta”并全面转向元宇宙,目标是未来十年内覆盖10亿人并创造数千亿的数字经济规模。同时,微软、英伟达也在元宇宙上发力。

“国内方面,字节跳动此前收购VR硬件Pico并推出元宇宙游戏《重启世界》,腾讯则提出‘超级数字场景’并投资元宇宙游戏Roblox。”中信建投证券进一步指出。

文章来源:澎湃新闻


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