一文看懂龙芯3号开发全过程，这15年都经历了啥？

的龙芯1A、龙芯2I等芯片也出现了由于简单工作失误引起的错误。究其原因，是龙芯团队在2010年初从课题组管理机制转向公司管理机制的过程中，原来"作坊式"的设计流程被打破了，"工业化"的设计流程没有建立起来。在课题组阶段，我作为课题组长，每颗芯片从结构设计、逻辑设计、功能验证、可测性设计、定制设计、物理设计各个环节从头盯到尾，及时协调各组的配合，关注每一个细节，因此没有出现管理上的错误。而在3B1000的研制过程中，龙芯课题组转型成立了龙芯公司，我的主要精力转向公司，芯片研发的总协调人缺位，导致频频失误。痛定思痛，从此我着手芯片研制的质量体系建设，建立了"五步法"（立项、方案、签核、测试、结项）研制过程，并详细规定了每个阶段的研发和审核内容。在此后龙芯公司进行的几十次流片中，没有出现过严重的质量问题，而且比我作为课题组长天天盯着效率高很多。

龙芯3B1000首款流片不成功促使我们马上进行改版，好在只要改一层金属，时间和费用上都比较省。3B1000的第一次改版2011年2月初流片，7月初回来，调试比较顺利。但在压力测试时又出现死机现象，经过几个月的攻关发现又是死锁问题。大致机理是一个处理器核访问其它结点的内存时，写地址和写数据是分开发出的，结果在另外一个结点的处理器核也过来访问内存，而且同时有几十个这样的互相访问时，写地址过去了但写数据互相堵住，导致死锁。避免死锁的办法是要求写地址和写数据保持原子性，即必须一起发出和传输。为此龙芯3B1000进行了第二次改版，于2011年12月初流片，2012年4月底回来。从此达到稳定状态。

在掌握65nm工艺的基础上，我们于2009年11月开始评估32/28nm工艺，并准备把它作为龙芯CPU的下一个工艺结点。2010年12月选定意法半导体与三星合作的32nm工艺并开始八核3B1500的设计。3B1500基于3B1000的设计，主要通过工艺升级提高性能，同时做了局部的性能优化，尤其是在处理器核中增加了私有二级Cache。2012年1月中旬完成3B1500的设计并交付流片。2012年8月底拿到样片，初步测试正常，频率从3B1000的900MHz提高到1.25GHz（最高可达1.5GHz）。在经过测试后对该芯片进行了万片规模的小批量生产。在应用验证过程中，出现了在很大的应用压力下个别芯片不稳定现象。刚开始觉得是个体问题，后来出现的次数多了，开始于2013年1月31日组织人员攻关定位问题，查找机理。也是每天晚上召开例会讨论，安排各种尝试，在这个过程中发现了几个软硬件磨合的问题并通过软件调整后，出问题的概率小了很多，但问题如幽灵般还在。直到2013年4月12日，才抓到了该问题。这个问题是从3B1000到3B1500改版过程中引进的，为了提高性能，处理器核收到多个维护Cache一致性的无效请求时，原来每两拍才能处理一个，改成可以连续处理，导致清除LL/SC同步指令的同步位llbit时错了一拍，误把IO DMA引起的Cache无效请求当作0号处理器核的Cache无效请求（IO DMA的编号刚好为0，与0号处理器核区分不开），通过软件调整可以规避此问题。经过批量测试，原不稳定现象消失。

为了从根本上消除该问题和其它一些小问题，我们对3B1500进行改版。改版时根据生产厂家的建议，工艺从32nm迁移到28nm，于2013年4月底流片，10月底收到样片，功能正常，但成品率极低，与厂家确认后明确是厂家生产问题。厂家又建议我们恢复到32nm工艺流片，并以某种方式补偿此次流片费用，于是又再次改版，于2015年1月底流片，2015年6月下旬收到样片，测试后功能正常，而且成品率正常，目前已经量产。

龙芯3B的研制过程真是一波三折。出现过龙芯从课题组向公司转型过程中的管理问题，生产厂家引起的问题，多核互相访问引起的死锁问题，处理器核Cache一致性引起的问题。在解决了一个个问题后总算取得了成功。