近日，中國(guó)科學(xué)院軟件研究所研究團(tuán)隊(duì)，提出基于RISC-V指令集的ISAX異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)，其通過RISC-V二進(jìn)制重寫技術(shù)，無需修改源代碼，便可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)核心間計(jì)算任務(wù)的高效透明遷移。該系統(tǒng)有助于解決傳統(tǒng)異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)存在的硬件資源隔離和運(yùn)行時(shí)開銷過大等性能瓶頸，并為破解RISC-V生態(tài)碎片化的軟硬件適配難題提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
ISAX（ISA+eXtension）異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)允許不同處理器核心，在共享同一基礎(chǔ)指令集的同時(shí)，支持不同擴(kuò)展指令集。此類異構(gòu)架構(gòu)的能耗和性能相較同構(gòu)核心更具優(yōu)勢(shì)，卻面臨異構(gòu)核心間難以透明遷移問題。
為實(shí)現(xiàn)透明遷移，ISAX運(yùn)行的系統(tǒng)需要對(duì)擴(kuò)展指令進(jìn)行翻譯，并將翻譯結(jié)果寫入二進(jìn)制文件，從而在運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際硬件環(huán)境自動(dòng)切換到相應(yīng)指令序列，在保障高性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶透明。目前，異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)主要采用編譯方法或二進(jìn)制重寫方法，但二者均存在一定局限。
針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出基于軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的RISC-V異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)Chimera。該系統(tǒng)基于二進(jìn)制重寫方法，利用RISC-V指令集的編碼特性，使可能出現(xiàn)的運(yùn)行錯(cuò)誤具備確定性與可恢復(fù)性，并借助輕量級(jí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)安全恢復(fù)。相比于現(xiàn)有基于二進(jìn)制重寫方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，新系統(tǒng)錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制的觸發(fā)頻率整體降低4個(gè)數(shù)量級(jí)，在無需源代碼的情況下，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)RISC-V處理器核心間高效、透明且正確性有保障的任務(wù)遷移與調(diào)度。
在性能評(píng)估中，團(tuán)隊(duì)將Chimera與多種現(xiàn)有異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，包括基于原生編譯的MELF、基于二進(jìn)制重寫的Safer及基于運(yùn)行時(shí)調(diào)度的FAM。實(shí)驗(yàn)表明，在ISAX異構(gòu)的硬件環(huán)境中，Chimera較Safer（不保證正確性）和FAM（不支持透明遷移），分別實(shí)現(xiàn)了12.5%和33.1%的性能提升。相較依賴源碼的MELF、Safer和FAM的性能開銷，Chimera的性能開銷僅為3.2%。同時(shí)，基于SPEC CPU 2017基準(zhǔn)測(cè)試的對(duì)比顯示，Chimera重寫后的二進(jìn)制文件性能，優(yōu)于現(xiàn)有二進(jìn)制重寫方法，最高性能提升達(dá)42.5%。
相關(guān)成果論文被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)會(huì)議EuroSys 2026接收。
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本文鏈接：研究提出基于RISC-V指令集的異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)http://www.sq15.cn/show-12-1939-0.html
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