PREFACE 前言 “北冥有鱼，其名为鲲。鲲之大，不知其几千里也。化而为鸟，其名为鹏。鹏之背，不知其几千里也； 怒而飞，其翼若垂天之云。是鸟也，海运则将徙于南冥。南冥者，天池也。” 上面这段是《庄子·逍遥游》中记载的一段“列子仙话”。华为公司选择用“鲲”和“鹏”这两种传说中奇大无比的大鱼和大鸟合体而成的华夏上古神兽“鲲鹏”作为其芯片产品的名称，足以看出其中“鲲鹏展翅”的宏图大志。 广义而言，鲲鹏芯片是华为海思自研芯片家族的总称。其中除了鲲鹏系列处理器芯片外，还有昇腾（Ascend）人工智能（Artificial Intelligence，AI）芯片、固态硬盘（Solid State Drive，SSD）控制芯片、智能融合网络芯片及智能管理芯片等，形成一个强大的支持计算、存储、传输、管理和人工智能的芯片家族。从其命名方式就可以看出来，鲲鹏920处理器片上系统是这个芯片家族的核心之一。 从万物互联到大数据，再到云计算和人工智能，现代信息技术的核心都归结到“算力”这个关键点上，而处理器正是支撑算力的最关键的部件。鲲鹏920处理器片上系统系列就是华为公司打造的通用计算平台的核心。作者在高校讲授“计算机组成原理”“嵌入式系统”“软硬件协同设计”等课程多年，并与相关企业合作开发应用产品，其间接触到x86、PowerPC、ARM、MIPS等多种处理器体系结构，也亲眼看见了这些年来处理器架构的变化与纷争。最近三四十年，计算机系统的核心应用场景经历了从2000年之前的桌面互联到2000年之后的移动互联的变换，正在向万物互联演进。当前应用的创新速度越来越快，应用的种类和数量越来越多，移动终端配合边缘计算与云计算的“端边云”协同方式逐渐成为主流的计算模式，智能创新对计算平台提出了新挑战。正是在这一背景下，自2018年开始，全球众多的处理器厂商推出了基于ARM架构的服务器处理器，向占据统治地位的英特尔处理器架构发起了第三次冲锋。在移动计算和嵌入式环境中占据主导地位的ARM架构处理器可以高效实现“端边云”全场景同构互联与协同，并有效降低数据中心的综合运营成本，对基于ARM架构处理器的服务器也提供了更高的并发处理效率和更开放的生态系统与多元化的市场供应，完全可以在运算密集的服务器市场上成为特定应用领域的合理选择。 本书是一本专门介绍华为鲲鹏920处理器片上系统的参考书。由于ARM架构在嵌入式计算与移动计算领域的强大影响力，许多不熟悉华为鲲鹏的人会误以为这是又一款高性能的移动计算处理器。事实上，鲲鹏920处理器片上系统不仅是通用计算机的处理器，而且其主要应用领域是面向服务器市场的。由于华为海思完全自主设计的鲲鹏920处理器片上系统与高性能64位处理器的ARMv8A架构完全兼容，因而可以充分利用成熟的ARM生态环境，同时向用户提供华为的创新技术。也正是因为保持与主流处理器架构的兼容性，鲲鹏920处理器片上系统的用户可以很方便地利用通用的软件解决方案，并通过软件调优最大限度地优化其应用程序。期望本书能够为读者全面了解和应用鲲鹏920处理器片上系统提供帮助。 本书按照逐级深入的方式组织内容。不太熟悉现代处理器和服务器的读者可以通过第1章了解现代高性能处理器的并行架构，也可以对服务器的体系结构与核心技术有基本认知。第2章总结了ARMv8A处理器架构的逻辑组成及其关键特性，以便为读者深入理解鲲鹏920处理器片上系统打下基础。第3章是本书的核心内容之一，向读者全面展示鲲鹏920处理器片上系统的组织结构、处理器内核架构及基于鲲鹏920处理器片上系统的TaiShan服务器的整体优势。第4章介绍鲲鹏的软件生态和构架，是基于鲲鹏920处理器片上系统的应用工程师和调优工程师需要重点关注的内容。为帮助读者尽快实现向鲲鹏架构的迁移，本书最后一章给出了鲲鹏920处理器片上系统软件安装、配置与加速器设计的应用实例。期望更进一步了解和应用鲲鹏920处理器片上系统的读者可以从本书附录A中了解鲲鹏社区、鲲鹏开发套件、鲲鹏开发者系列课程和鲲鹏应用开发者认证计划等相关信息。 ARMv8A架构是高性能的处理器架构，基于该架构的鲲鹏920处理器片上系统也具备众多高级特性。本书不能替代ARM公司和华为公司的架构规范文档或用户手册，也不可能涵盖ARMv8A架构和鲲鹏920处理器片上系统的全部细节，只能为读者深入理解高性能服务器处理器的整体结构提供一点帮助。有需要的读者可以参阅ARM开发者网站和华为公司的网站获取丰富的参考材料和电子资源。 本书第1、2、3章由戴志涛编写，第4章和第5章由刘健培编写，全书由戴志涛负责内容组织与统稿。华为公司为本书的编撰和出版提供了大量资源和支持。华为公司的有关专家和工程技术人员对全书的整体结构和内容选择提出了宝贵意见，并审阅了全书的初稿。清华大学出版社首席策划盛东亮老师提出了诸多有益的建议，编辑钟志芳老师花费大量心血仔细校阅了全书稿件。在此，作者表示衷心感谢。 本书在编写过程中参考了许多相关资料，特别是参考了ARM公司和华为公司相关网站提供的丰富信息，作者对这些文献和参考资料的作者和相关机构表示感谢。 限于作者能力所限，书中难免存在疏漏，恳请读者谅解并指正。 2020年注定不是一个普通的年份。对于全球近两百个国家的75亿人而言，这场突如其来的疫情改变了多少人的生活与工作方式，又让多少人感受到无助与迷茫？而在中国的信息通信领域里，“华为”无疑成了焦点。无论是普通的手机用户还是信息通信技术的专业人士，似乎都在思考着同样的一个问题： 在被极端打压的环境下，华为还能够“化鲲为鹏”，展翅高飞吗？ 2020年上半年，在被疫情困在家中的日子里，作者在网上授课之余匆匆完成本书的编写，也期望为华为出一点点微薄之力。毫无疑问，鲲鹏并不是完美的作品，也许存在bug，也面临着强大的对手。它需要经历市场的不断打磨，也需要不断修补漏洞和升级改进。我们需要给它一点点宽容，也留下期待。在这二十年中，我们见证了很多品牌的起起落落，那么多国际知名企业倒下去了，华为也经历了风风雨雨，我们期待鲲鹏展翅，期待华为凤凰涅槃。 作者 2020年6月于北京

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