21-Guo-Ren-64ILP32_v2.pdf

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1、打破 64ILP32 的魔咒挣脱 32 位的桎梏Guo Renguorenkernel.org近期作：在算能128核平台上实现 qspinlock64ILP32(老)32位:32ILP32在 32位架构硬件上，运行 ILP32 数据类型软件64位:64LP64在 64位架构硬件上，运行 LP64 数据类型软件新32位:64ILP32 在 64位架构硬件上，运行 ILP32 数据类型软件 为什么叫新32位？如何衡量 32位 和 64位？剧本：新32位 取代 老32位，与 64位 分天下(Linux)什么是 64ILP32?新32位的魔咒(Linux)在 Linux 过去的年中，各架构都曾尝试新3

2、2位，x86 的 X32，MIPS 的 N32，和 ARM 的 64ilp32，但都没有成功。在去年RISC-V峰会上，我分享了 COMPAT 特性的贡献，其中就有关于新32位ABI的讨论：Linux 架构系统的维护者(Arnd Bergeman)公开表示，不持新32位ABI，且不会将 ARM64 的 新32位户态功能合内核主线RISC-V psABI 副主席 Jessica 直不讳：其他架构都不，凭啥RV？Every single attempt at ILP32 ABI for a 64-bit architecture has failed to take off in the past

3、,so I struggle to see why RV64 will be any different.以上位佬的论，代表的是主流观点：新32位不通但是，新32位有种魔，它吸引着代代架构不断尝试，却铩归，这就是我们要打破的魔咒，个经过年形成的观念。We had the same debate for Arm64,and ended up never merging the ILP32 patches despite them being well written and maintainable,to limit the number of supported user space ABIs

4、 as well as the possible attack vectors when there is an exploitable bug that is specific to an ABI.ARM64用户态支持新32位的内核补丁ARM64 的 ILP32 历时2年(2017-2019)，6 个的努，共 22 个补丁，悬于 Catalin Marinas(ARM64 维护)的仓库中，不被合。如果不汲取前辈的经验教训，不改良，不创新，我们还会重蹈覆辙！相比前辈，我们做了哪些改良和创新？首次让 新32位内核 运行在 64位指令架构 之上持完整新32位：u64ilp32-新32位 户态s64

5、ilp32-新32位 内核态前辈只实现了新32位的户态内核户 前辈的方案，沿用 64位栈布局 我们的方案，改用 32位栈布局效果：栈的内存开销减少一半 入栈性能，提升 3%(减半无效数据，减轻了 CPU 写队列的负担)出栈性能，提升 1%(减半无效数据，减轻缓存预取的负担)简易测量:直接对比出入栈的 IPCTODO:砍掉一半数据，受限于测试方法，观测到的性能提升很小。只有找到 cache miss 的零界点，才能凸显性能优势。栈的优化 前辈方案：零扩展寻址缺点：需要插入额外指令对地址高位抹零，影响性能和代码密度。我们方案：符号扩展寻址用 OS 实现 MMU 的双重映射，使得符号扩展的地址，和零

6、扩展的地址，在取指和访存效果上相同。优势：减轻编译器工作 提升性能 提升代码密度符号扩展寻址方案GCC:廖仕华，陈嘉炜性能分析:王俊强，陈小欧FEDORA:张松松，傅炜QEMU:李威威LLVM:陆旭凡，廖春玉LINUX:李春强，郭任后勤保障:ISCAS 吴伟，T-HEAD 熊健新32位是一个大工程使用小数据类型(INT8/FP8)让 AI 推理获得了不菲的性能和成本收益，那么 ILP32 相比 LP64 能否达到一样的效果？第一层价值:比较数据类型(ILP32:LP64)新32位 v.s.64位SPEC CPU2006 最大提升 40%(32 位时代)测试平台：UNMATCHEDD1TODO: