基于龍芯2E處理器的SPEC 2000測試

　　引言

　　自主研發高性能處理器芯片對于經濟和國家安全方面具有重要意義。龍芯系列處理器的成功研制填補了我國自主研發高性能通用處理器的空白，龍芯2號采用先進的結構設計技術，已躋身于世界一流處理器的行列。SPEC CPU 2000是SPEC(標準性能評測組織)開發的專門用于評價CPU(中央處理器)性能的一套基準程序，在CPU性能測試領域具有很大的權威性。

　　當前，在許多的實際應用中，需要對處理器的性能進行評估，以確定處理器是否可以達到應用的要求，這種評估的結果需要客觀和準確，這樣才具備可信性。當前針對主流的處理器如Intel的X86處理器的測試方法已經有很多，而且這些方法也普遍的經過驗證。針對國產龍芯處理器的測試方法還比較的缺乏，因此有必要尋找一種可以客觀評價國產處理器的測試方法。

　　1 龍芯2E結構分析

　　龍芯系列處理器是中國科學院計算技術研究所研制的高性能通用處理器。

　　龍芯2E處理器是一款實現64位MIPSⅢ指令集的通用RISC處理器，采用了4發射超標量超流水結構，實現了先進的轉移猜測、寄存器重命名、動態調度等亂序執行技術，以及非阻塞的高速緩存和取數操作猜測執行等動態存儲訪問機制。?欲了解更多信息請登錄電子發燒友網(http://www.qd573.com)

　　龍芯2E的一級Cache由64 KB的指令Cache和64 KB的數據Cache組成，片上二級Cache大小為512 KB，均采用四路組相聯的結構。龍芯2E的基本流水線包括取指、預譯碼、譯碼、寄存器重命名、調度、發射、讀寄存器、執行、提交等9級。龍芯2E先進的存儲系統設計可以有效地提高流水線的效率。

　　2 SPEC 2000測試程序概述

　　SPEC CPU 2000是SPEC(標準性能評測組織)開發的專門用于評價CPU(中央處理器)性能的一套基準程序，主要應用于桌面型和服務器型CPU的性能評價，其目的是比較不同類型CPU的整點運算和浮點運算性能。SPEC是由計算機業界幾十個芯片廠商、計算機系統廠商、研究團體等構成的非營利組織，其開發的SPEC CPU 2000在CPU的性能評價領域具有很高的權威性。

　　3 在龍芯2E上使用SPEC 2000進行測試

　　SPEC 2000由兩套基準程序組成，分別測試CPU的整型運算性能和浮點運算性能。目前龍芯平臺上運行的操作系統以開源Linux為主，因此SPEC 2000的運行需要GCC和Gfortran編譯器的支持。

　　3.1 SPEC的安裝

　　首先從軟件包中解壓tar-jxvf SPEC 2000.tar.bz2，進入SPEC 2000根目錄運行install.sh進行安裝，安裝完成后運行./shrc啟動SPEC程序，最后敲入命令runspec-V，如能正確顯示SPEC工具版本信息，則說明安裝成功。

　　3.2 SPEC的運行

　　SPEC CPU 2000基準主要由基準程序源文件、腳本管理程序、配置文件以及測試結果文件組成。管理程序中最重要的是runspec腳本管理程序，通過它用戶可以編譯、運行和維護基準程序。典型的runspec用法是：

　　runspec-c default.cfg int 其中：default.cfg為配置文件;int則表示運行所有的整型基準程序。

　　3.3 配置文件

　　配置文件中包含了許多信息，其中最為重要的是編譯基準程序的指令參數，例如編譯時所要用到的編譯器，編譯優化選項等，設置如下：

　　3.4 MD5碼的生成

　　為了保證測試結果的公正性，測試中采用了數字簽名技術。即在編譯和運行測試程序時，對測試結果進行校驗，從而保證測試結果是從各個基準程序中獲得，沒有經過人工篡改。運行成功后在配置文件末尾將自動生成以“MD5”開頭的一段代碼。

　　3.5 基準程序描述

　　SPEC2000基準程序存放在/spec2000/benchmark目錄中，其中cint2000目錄存放了12個整形基準程序，cep2000目錄存放了14個浮點基準程序。SPEC2000并沒有完全開放其源代碼，而是開放了其基準程序的代碼，因此運行runspec命令時需要針對基準程序進行編譯，而編譯規則只能在配置文件中設定。

　　SPEC 2000中的基準程序都是從實際應用程序中提取出來的，大多由C語言和Fortran語言編寫，如表1，表2所示。雖然基準程序的設計來源于真實的應用程序(如gzip和bzip2是Linux系統下的通用壓縮程序，gcc是Linux的默認編譯器)，但考慮到其可移植性以及平臺之間的可比較性，基準程序經過了一些改動，與實際的應用程序略有不同，兼顧了真實性與通用性。

　　3.6 測試結果的生成

　　SPEC 2000能夠生成多種格式的測試結果報表，包括asc，ps，raw，pdf，html等格式，報表所在目錄為/spec2000/result。

　　整形和浮點性能測試結果分別如表3和表4所示。其中Reference Time表示參考時間，Base Runtime表示實際運行時間，Base Ratio表示比值。其綜合得分為206和168分，是各項基準程序得分的幾何平均值，計算公式如下：

　　SPECint/fp=GEOMEAN(reftime/runtime*100)

　　4 結語

　　目前，龍芯處理器有三個系列處于并行研發中。龍芯1號處理器系列主要面向嵌入式應用，龍芯2號超標量處理器系列主要面向桌面應用，龍芯3號多核處理器系列主要面向服務器和高性能機應用。隨著龍芯各系列處理器的不斷研制和發展，如何客觀評價CPU的性能也逐漸將成為重要的研究課題。本文以SPEC 2000為例，介紹了在Linux操作系統下對龍芯2E處理器進行性能測試的一套方法，對于通用CPU性能的評價具有一定的現實意義。?欲了解更多信息請登錄電子發燒友網(http://www.qd573.com)

　　龍芯處理器作為我國自主研發的高性能通用處理器，已滲入到嵌入式領域、桌面應用領域以及高性能服務器領域，必將與Intel、AMD等國際知名CPU生產廠商全面抗衡。因此對CPU性能進行客觀、全面的測試不僅可以衡量我國的CPU研制水平，也能夠通過測試比較、總結出龍芯的優勢和不足。相信隨著龍芯平臺性能的不斷提高和周圍軟硬件環境的不斷完善，龍芯系列處理器的市場競爭力會越來越強，這對于我國形成有自主知識產權的計算機產業具有重要意義。