risc-v指令集架构的开放性、模块化、高度可定制性的特点使得其成为体系结构和软件系统创新的理想实验平台。risc-v技术的发展，一方面为操作系统、编译器等系统软件在设计实现、测试验证、安全可信等方向带来了新机遇和新挑战；另一方面，也推动了软硬协同设计、优化等技术的进一步创新与发展。近年来，risc-v相关技术已逐渐成为国内外学者的关注点和研究热点。

risc-v系统软件及软硬协同技术论坛，聚焦操作系统、编译器、基础库等系统软件在risc-v平台上的基础性问题，以及基于risc-v指令集架构的软硬协同技术。专刊论坛重点关注在相关研究领域创新性、突破性的高水平研究成果，旨在进一步推动国内risc-v相关的技术发展和生态建设，促进学术交流。欢迎相关领域的专家学者及科研人员前来参会。

01

论坛组织委员会

武延军（中国科学院软件研究所）

谢涛（北京大学）

侯锐（中国科学院信息工程研究所）

张科（中国科学院计算技术研究所）

宋威（中国科学院信息工程研究所）

邢明杰（中国科学院软件研究所）

02

论坛议程

03

论坛报告嘉宾简介

谢涛

报告题目：万物智联时代的risc-v ai算力生态建设之路

报告摘要：

近年来，risc-v 开放指令集架构快速发展，已成为当前国际科技竞争的焦点，同时也成为一个有效抓手来以开源开放凝聚产业发展共识，打造全球算力产业生态。尽管当前英伟达的 gpu 及其之上的 cuda 软件生态主导着全球 ai 算力市场，但产业界迫切希望建立新的软件生态以突破cuda生态壁垒。一个已逐渐形成的共识是以risc-v ai芯片为共性，团结广大相关公司和高校科研院所以开源开放的方式共同制定ai扩展指令集标准，并合作研发其上的开源ai系统软件栈。本报告讨论这个方向及其面临的重大机遇和应对挑战的思路。

报告人简介：

谢涛，ccf会士，ccf系统软件专委会主任，北京大学讲席教授，复旦大学双聘顶尖人才，北京大学计算机学院软件科学与工程系主任，高可信软件技术教育部重点实验室副主任。曾任美国uiuc计算机系正教授。当选欧洲科学院外籍院士、acm/ieee/aaas会士。担任risc-v ai算力生态（race）委员会主席，risc-v国际基金会人工智能与机器学习技术专委会（ai/ml sig）主席。主要研究领域包括软件工程，系统软件，软件安全，可信人工智能，risc-v基础软件。

李奕瑾

报告题目：基于risc-v vliw架构的混合指令调度算法

报告摘要：

vliw架构的指令级并行性能强依赖于编译器的指令调度。针对单个调度区域，整数线性规划调度算法能够得到最优解但复杂度较高，表调度算法复杂度较低但无法得到最优解。为了结合两种调度算法的优点，本文提出了一种ipc理论模型指导的混合指令调度算法，即通过ipc理论模型定位到表调度未达最优解的调度区域，再对该调度区域进一步实施规划调度。该理论模型基于数据流分析技术协同考虑指令依赖和硬件资源，能够以线性复杂度给出ipc的理论上界。混合调度的核心在于ipc理论模型的准确性，本文理论模型准确率为95.74%。在给定的测评基准上，本文提出的理论模型能够认定94.62%的调度区域在表调度下已达最优解，因此仅有5.38%的调度区域需再进行整数线性规划调度。

报告人简介：

李奕瑾，中国科学院计算技术研究所的博士生，一直从事编译优化方面的研究，曾参与过寒武纪bang语言编译器、科技创新2030等项目。以第一作者的身份在mlsys'2023上发表过编译优化相关论文。

韩金池

报告题目：spike-flexicas:支持缓存架构灵活配置的risc-v 处理器模拟器

报告摘要：

缓存模拟器在缓存架构探索中起着不可或缺的作用。spike作为risc-v指令集的标准实现为基于risc-v的缓存研究提供了完整的运行环境。但spike的缓存模型存在仿真粒度低，与真实处理器的缓存结构差异大等诸多问题。为此，我们修改和扩展了spike的缓存模型并取名为flexicas，修改后的spike称为spike-flexicas。flexicas能支持多种缓存架构，具有灵活配置、易扩展等特点并且可以对缓存特性(如一致性协议以及实现方式)进行任意的组合。此外，flexicas还能不依赖spike单独地对缓存的行为进行模拟。

报告人简介：

韩金池，中国科学院信息工程研究所硕士研究生，研究方向为计算机体系结构安全。

李传东

报告题目：risc-v架构下的懒惰影子页表模型

报告摘要：

目前,主流的内存虚拟化方法在两维地址翻译开销与页表同步开销之间面临权衡。传统的影子页表模型通过软件页表实现了与原生(native)环境相当的地址翻译性能。然而,其会导致频繁的虚拟机退出(vm-exit)严重影响系统性能。

嵌套页表模型依靠硬件辅助虚拟化,避免了页表同步的开销。然而,其两维页表遍历却显著降低了地址翻译效率。基于risc-v架构下的特权级模型和虚拟化硬件特性,我们提出了一种懒惰影子页表模型lsp(lazy shadow paging),在保留影子页表的地址翻译高效性的同时降低了页表同步开销。懒惰影子页表模型深入分析了客户机对页表页的访问模式,将页表同步与tlb刷新操作绑定以降低虚拟机退出的数量。然后,利用risc-v架构中对tlb的细粒度刷新且可拦截的特性,无效化需同步的影子页表项,将页表同步的软件开销推迟到了首次访问该页面的时刻。

此外,懒惰影子页表模型利用risc-v架构中全新的特权级模型,设计了tlb拦截的快速路径,进一步减少了虚拟机退出带来的软件开销。

报告人简介：

李传东，北京大学计算机学院四年级博士研究生，研究方向主要是操作系统，虚拟化，内存管理。

张世新

报告题目：risc-v指令集软件代码适配常见问题实证研究

报告摘要：

将现有软件进行迁移适配，是丰富新兴指令集架构软件生态的重要途径。risc-v作为近年来广受关注的开源开放指令集架构，已有大量开源工作者投身一线，迁移适配了数以万计的开源软件。但从中诞生的针对各类架构相关迁移适配问题的知识和凯发k8登录的解决方案，往往碎片化地蕴含在海量软件工程演化数据中，难以得到有效的总结和继承。为此，课题组团队从现有已适配risc-v架构的开源软件演化历史出发，通过实证研究openeuler和fedora两种linux发行版下开源软件迁移适配risc-v架构的历史与现状，分别发现407款和296款在演化历史上存在针对risc-v架构适配修改的软件，从中总结了常见的迁移适配问题和凯发k8登录的解决方案，有望对未来的跨指令集架构软件迁移适配任务提供指导和参考。

报告人简介：

张世新，中国科学院软件研究所助理工程师，软件质量与自动推理（square）课题组成员，主要研究方向包括程序分析、软件测试、软件工程自动化和开源软件生态，曾开展移动应用分析与质量保障研究，相关成果发表于ase、icse、jss等高水平国际会议与期刊。目前主要致力于risc-v开源软件生态研究和软件跨架构迁移技术及工具的研发。

宋威

报告题目：支持多核并行访问的高性能标签缓存设计

报告摘要：

标签内存是近年来被广泛研究的内存安全硬件防御机制，正逐渐被arm和intel接受并使用，比如arm的mte和morello。标签是依附于数据的元数据，在内存安全防御中用于存储安全相关的信息，供处理器在运行时高效的进行安全检查。纯硬件管理的标签内存系统一般在内存中预留一个特别分区，来存储内存数据的标签。但是这种结构导致所有的内存访问都需要同时读写标签分区，内存访问量增长一倍，来带显著的性能代价和内存带宽下降。现有的标签内存系统一般采用一个单独的标签缓存来存储常用数据的标签，可以显著降低上述的性能代价。鉴于大部分数据无需使用标签，最新的标签缓存采用树形结构的多级比特位图压缩空标签，但是该结构带来的数据一致性问题导致标签缓存难以被并行访问，严重制约了其在多核处理器中的应用。我们通过借鉴多事务并行领域常用的two-phase机制，在rocket-chip处理器上实现了树形结构标签缓存的并行访问。实验数据表明，在4核情况下，我们的标签缓存可将同样大小的morello系统的运行时代价降低80%，显著提升了标签内存系统的运行性能。

报告人简介：

中国科学院信息工程研究所副研究员, 博士生导师。主要研究领域包括安全处理器设计、计算机体系结构安全、编译器的安全优化技术、基于 risc-v 的处理器设计。2011年获得曼彻斯特大学计算机博士, 其后6年先后在曼彻斯特大学和剑桥大学从事博士后研究工作, 主持开发了剑桥大学risc-v开源片上多核soc项目lowrisc的前4版的硬件实现。2020年获中国科学院率先行动“引才计划”青年俊才 (c 类) 支持, 主持国家自然科学基金青年和面上项目各一项,发表论文近50 篇，其中的多篇发表在体系结构安全领域的顶级期刊和会议（ieee tc, acm taco, s&p, raid等）。

盖乐

报告题目：基于risc-v处理核的国密算法快速运算

报告摘要：

物联网的快速发展已深入我们生活的方方面面，但也带来了严峻的信息安全挑战。密码技术作为保障信息安全的核心手段，日益重要。本文提出了一种基于risc-v架构的国密算法快速运算方案，旨在提升物联网设备中的数据加密和解密效率。针对sm2、sm3、sm4等国密算法，设计了专用的硬件加速指令，通过分析关键计算步骤，结合risc-v指令集的灵活性，优化了循环异或、点乘、模幂运算等操作。采用软硬件协同设计，扩展了指令集，优化了密码算法的执行过程。实验结果显示，该方案在确保安全性的同时，显著提升了加解密速度，特别适用于低功耗的物联网设备。该方案不仅实现了软硬件的自主可控，还展现出广泛的工程应用价值与推广潜力。

报告人简介：

盖乐，西安电子科技大学网络与信息安全学院2021级本科生。主要研究方向为软件与系统安全、恶意代码检测、ipv6端口扫描与服务预测等。主持国家级重点领域大学生创新项目、中央网信办网络安全学院学生创新资助计划，并积极参与导师国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目。本科期间曾多次获得国际级、国家级竞赛奖项，并获得国家奖学金、西安电子科技大学优秀学生标兵等荣誉称号。

韩柳彤

报告题目：面向risc-v向量扩展的高性能算法库优化方法

报告摘要：

高性能算法库是软件生态的重要组成部分，优化其执行效率对 risc-v 平台的软件生态发展至关重要，使用数据级并行技术是提高算法库cpu性能的重要方法。为了弥合不同平台simd指令的差异，避免算法面向多平台的重复实现，算法库通常采用硬件抽象层设计来避免代码碎片化从而提高可维护性。而risc-v指令集中的向量扩展具有可变向量寄存器长度的硬性特性，相较现有 simd 扩展设计存在较大差异，对基于硬件抽象层的编程和优化提出了新的挑战。本报告将介绍一种面向可变长向量扩展平台和固定长度 simd 扩展平台的硬件抽象层设计方法，其能够很好的解决可变向量长度的simd编程和优化的难题，并通过在 opencv 算法库的实践说明该方法的应用价值，评估其有效性。

报告人简介：

韩柳彤，中国科学院软件研究所博士研究生，本科毕业于北京工业大学。主要研究方向为软件工程，重点关注基础算法库和系统软件在risc-v领域的协同设计与优化方法。持续参与开源软件的开发与维护工作，相关研究成果已被 opencv 项目采用，是 risc-v 领域的活跃贡献者。

徐学政

报告题目：risc-v内存模型的同地址顺序一致性定理证明

报告摘要：

内存一致性模型定义了并行程序在多核系统中的访存序约束，是软硬件共同遵守的架构规范。同地址顺序一致性（sc per location，scpl）是其中的经典公理之一，它规定了多核系统中对于相同地址的访存操作遵循顺序一致性，广泛应用于x86、power、arm等经典架构，在芯片验证、系统软件和并行程序开发中发挥着重要作用。然而，risc-v的内存一致性模型（rvwmo）未将scpl直接作为公理，这对已有的验证工具和系统软件开发带来了挑战。本研究通过构建有限状态自动机，证明了rvwmo满足scpl，并开源了对应的coq代码。实验表明，具备scpl的rvwmo公理模型在形式化验证中有超过400%效率提升。

报告人简介：

徐学政，军事科学院助理研究员，博士毕业于澳大利亚新南威尔士大学，主要研究方向为程序分析、编译优化、程序综合等，相关研究成果发表在icse、ase、cgo、sas等国际会议。在risc-v领域，主要关注软硬件协同优化、形式化验证和内存一致性等。

04

论坛组织委员会简介

论坛主席：武延军

个人简介：

现为中国科学院软件研究所研究员、博士生导师，担任副所长、总工程师，同时兼任中电标协risc-v工委会轮值会长，开源欧拉委员会副主席，开源鸿蒙tsc委员，开放原子基金会开源安全委员会主席，《智能计算》期刊编委。曾在国内外重要期刊和会议上发表论文100余篇，获得专利30余项。获国家级领军人才、北京市科技新星、中国科学院青促会优秀会员等荣誉称号，2023年获ccf科技进步特等奖。当前主要研究方向为开源软件供应链与risc-v基础软件。

论坛主席：谢涛

个人简介：

谢涛，ccf会士，ccf系统软件专委会主任，北京大学讲席教授，北京大学计算机学院软件科学与工程系主任，北京开源芯片研究院首席科学家，高可信软件技术教育部重点实验室副主任。曾任美国uiuc计算机系正教授。当选欧洲科学院外籍院士、acm/ieee/aaas会士。担任risc-v ai算力生态（race）委员会主席、risc-v国际基金会人工智能与机器学习专委会（ai/ml sig）主席、2024 risc-v中国峰会大会共同主席等。

论坛主席：侯锐

个人简介：

主要研究方向是计算机体系结构、处理器芯片设计与安全。获得国家杰出青年科学基金、优秀青年科学基金资助。目前担任网络空间安全防御重点实验室（前身是“信息安全国家重点实验室”）主任。

长期从事国产自主安全可控高性能处理器芯片的研制和开发，主持、参与了多款高性能处理器芯片的设计开发工作。其中，2017年开始研制高安全risc-v高性能处理器，2019年第一款双核乱序执行高安全risc-v处理器流片成功，2021年第二款集成本团队研制risc-v安全核心的某型号商用处理器流片成功。

在国内外期刊及会议上发表论文50余篇，包括acm tocs、tc、hpca，asplos，isca，s&p，dac等多个体系结构和安全领域顶级会议及期刊，国内外已授权专利50余项。中国通信学会区块链专委会副主任，中国计算机学会体系结构专委会委员。曾作为技术委员会或组织委员会委员服务多个国际顶级学术会议，担任journal of parallel distributed computing的associate editor。

论坛主席：张科

个人简介：

中国科学院计算技术研究所先进计算机系统研究中心副主任，中国科学院大学岗位教授。中国计算机学会高级会员、集成电路设计专委会执行委员。主要研究领域为计算机系统结构，重点关注开源芯片敏捷开发、异构加速计算与fpga云化服务。主持和参与多项国家自然基金委项目、国家重点研发计划及中国科学院战略性先导科技专项等项目。研制开源处理器芯片敏捷开发云平台“思沃”。获发明专利授权21项，发表计算机系统方向科研与教学论文20余篇。入选第二十四届北京优秀青年工程师、计算所卓越之星。主讲的中国科学院大学《计算机组成原理》获评国家级一流本科课程。入选北京市课程思政教学名师、国科大领雁金奖。牵头建设教育部全国性“计算机系统与处理器芯片课程虚拟教研室”并获评典型虚拟教研室称号。

论坛主席：宋威

个人简介：

中国科学院信息工程研究所副研究员, 博士生导师。主要研究领域包括安全处理器设计、计算机体系结构安全、编译器的安全优化技术、基于 risc-v 的处理器设计。2011年获得曼彻斯特大学计算机博士, 其后6年先后在曼彻斯特大学和剑桥大学从事博士后研究工作, 主持开发了剑桥大学risc-v开源片上多核soc项目lowrisc的前4版的硬件实现。2020年获中国科学院率先行动“引才计划”青年俊才 (c 类) 支持, 主持国家自然科学基金青年和面上项目各一项,发表论文近50 篇，其中的多篇发表在体系结构安全领域的顶级期刊和会议（ieee tc, acm taco, s&p, raid等）。

论坛主席：邢明杰

个人简介：

中国科学院软件研究所高级工程师，主要研究领域为编译技术。先后承担国家重点研发计划课题和中国科学院先导专项课题“risc-v核心开发组件”各一项、企业合作项目多项, 涉及到的工作内容包括: risc-v指令集架构支持、程序优化、并行编程模型、异构编译框架、领域专用编程语言及编译系统等。曾与risc-v中国峰会合作，连续同期举办三届risc-v技术及生态研讨会。