国产香山团队DDR4内存控制器IP白杨发布并开源

IT之家 2 月 3 日消息，香山团队今日宣布开源其内存控制器 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。

香山开源处理器核目前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。

香山团队表示，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（IT之家注：现汇率约合 556.2 万至 1042.8 万元人民币）。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 / 英特尔 / 高通：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

现在，香山采用的流片方案是使用商用 DDR4/DDR5 内存控制器 IP。然而，对于香山处理器生态而言，这种流片方法存在一些问题：

• 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。

针对上述挑战，“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。

IT之家附开源地址如下：