国产香山团队DDR4内存控制器IP白杨发布并开源：性能水平接近商用IP

快科技2月4日消息，国产香山团队近日正式开源其高性能内存控制器IP，代号“玉泉”，其中DDR4控制器IP代号为“白杨”，这对于香山处理器项目及其内存子系统研究具有里程碑式的意义。

官方表示，随着CPU计算能力持续飞速提升，内存子系统的性能瓶颈日益凸显。

CPU频率的增长并未带来系统整体性能的同步提升，原因在于内存性能的发展速度远落后于处理器，这种木桶效应使得访存延迟成为制约整个系统性能的关键瓶颈。

在大数据与人工智能时代，这一矛盾尤为突出。

为了缓解内存墙问题，研究者提出了多种方案，其中高性能内存控制器作为关键技术之一，能够有效提升内存访问效率、降低延迟、提高带宽利用率，从而减轻其对系统性能的制约。

与此同时，香山开源处理器核已快速演进至第三代（昆明湖），其内存访问路径持续升级，各级缓存（L1-L2-L3）的架构与性能也在不断优化。

然而，作为连接处理器与内存的关键部件，内存控制器在开源生态中仍处于相对简单（dumb）的状态。

它的性能优化直接影响处理器核所能发挥的性能上限，但当前缺少与处理器架构进行联合优化的创新方案，国内外现有的开源项目也未能满足对高性能内存控制器IP的需求。

现阶段，内存控制器IP主流市场被少数几家供应商垄断，授权费用极其昂贵，例如一个DDR5 IP的单项目授权费可能高达80万至150万美元，同时这些IP包含大量可配置参数，开发与调试门槛高。

Synopsys：提供DDR4/DDR5/LPDDR5/HBM等IP授权

Cadence：提供LPDDR6/5X/HBM4等IP授权

Alphawave：提供HBM3/UCIe/CXL等IP授权

Rambus：提供DDR3/DDR4/GDDR6/HBM3等IP授权

ARM/Intel/Qualcomm：通常将内存控制器作为芯片组的一部分提供，需购买其芯片获取

现有的开源内存控制器项目，大多面向特定或轻量级应用场景，在性能、功能完备性和流片支持上存在明显不足。

现在，香山采用的流片方案是使用商用DDR4/DDR5内存控制器IP，但也存在一些问题：

-成本高昂：先进工艺节点的DDR5 IP授权费用极其昂贵。

-优化困难：难以结合香山处理器核独特的访存特征进行针对性优化。商用IP动辄数百个的可配置参数，也缺乏科学的设计空间探索方法来进行有效调优。

针对这些挑战，白杨IP在设计之初就设定了明确目标：填补从一般性开源MC IP到可供开源生态自主演进的高性能MC IP之间的技术鸿沟。

其设计方案通过将问题分解、融合、提炼，可以将七个待解决难点转化为四项研究问题，即MC支持参数化、可配置，支持模块化分解和复用，支持动态刷新、动态调度、缓存、预取等高级特性，支持DFIx、AXI4等总线协议。

白杨”IP采用模块化、可配置的架构设计，除了实现内存控制器的基本功能外，还集成了多项高级特性：

软件可配置：通过APB接口，软件可以访问和配置内存控制器内部的寄存器，从而灵活支持各种DDR配置。

时序与调度解耦：将DDR时序逻辑与事务调度器（Scheduler）解耦。这种设计使得调度器逻辑可以在不同的DDR配置中复用，提高了设计灵活性和可维护性。

高级功能模块：集成了动态刷新、智能调度、缓存及预取等高级功能模块，显著提升了内存控制器的性能。

目前，白杨IP已取得重要的阶段性成果。

在功能方面，该团队已经在帕拉丁（Palladium）硬件仿真平台上，成功将“白杨”与香山第三代昆明湖处理器核集成，并正常启动了Linux操作系统及其他测试应用，证明了其功能的正确性与稳定性。

在性能方面，集成了昆明湖核与白杨内存控制器的系统，在SPEC CPU2006基准测试中取得了超过14分/GHz的成绩，性能水平已接近商用内存控制器IP。