作者：电子创新网张国斌
在RISC-V快速发展的背景下，如何构建一套高精度、可扩展且易于集成的CPU建模平台，成为国内外SoC开发者关注的核心课题。
在第五届RISC-V中国峰会上，芯来科技建模工程师徐子泰以《Nuclei Model：基于SystemC的Near Cycle Model》为题，分享了其团队在RISC-V仿真建模领域的重要进展，特别是如何以SystemC为基础，构建出同时具备高精度与高可用性的Near Cycle CPU Model，为RISC-V生态提供强大的软件仿真能力支撑。
01 芯来科技：从IP提供商到建模生态引领者
徐子泰强调自2018年成立以来，芯来科技始终专注于RISC-V处理器IP及SoC解决方案的深度研发。公司现已成长为国内RISC-V领域的领军企业，覆盖从低功耗嵌入式到高性能计算的多个产品系列，其CPU IP涵盖N100至N1000系列，形成通用与专用处理器双线布局。
而徐子泰本次演讲，则将视角进一步推至软硬件协同开发关键的“建模环节”，剖析芯来基于SystemC构建的近周期精度模型（Near Cycle Model），如何打破传统模型在仿真性能、指令自定义和系统集成上的桎梏。
02 建模痛点与行业挑战
他指出当前主流的仿真工具如QEMU、Spike、Gem5虽各具优点，但也存在以下通病：QEMU 性能强大但精度欠缺；Spike 精度高但功能较简化；Gem5 支持SystemC接口，但模型复杂度过高。
此外，现有Functional Model难以支持软件性能评估与Profiling工具集成，对自定义指令支持不友好，难以满足RISC-V生态的灵活需求。
正是在这一背景下，芯来科技推出了面向RISC-V的Nuclei Near Cycle Model，以突破性能与精度的权衡瓶颈。
03 Near Cycle Model：在ISS之上构建高精度Timing Model
徐子泰指出，Nuclei Model通过在ISS（Instruction Set Simulator）基础上嵌入Timing Model，实现指令级的周期精度估算。其核心技术逻辑包括：在Decode阶段提取指令，通过映射表查表得到基础执行Cycle；根据数据冒险、资源冲突等典型处理器行为进行动态周期修正；最终形成近周期（Near-Cycle）精度的仿真模型，相比真实硬件误差小于5%。
这一方法不仅简洁有效，还具备良好的移植性和可维护性，为多种性能分析工具的集成提供了基础。
04 专业Profiling支持：从函数热点到火焰图分析
他指出在实际使用中，Nuclei Model表现出极强的工具拓展能力，尤其在性能分析（Profiling）方面，取得显著提升，如支持Gprof工具链，在无需插桩的情况下，通过PC与Cycle输出实现精准采样；可生成汇编级别的指令热点分析，快速定位性能瓶颈；集成可视化火焰图工具，兼具时间轴、调用栈、线程区分三要素，支持复杂多线程场景下的性能剖析。
相比传统QEMU/Spike等仿真器，Nuclei Model在Profiling精度和易用性方面显著领先，助力开发者更快、更准地优化关键路径。
05 轻量集成自定义指令：让RISC-V真正灵活
他表示在RISC-V架构的“模块化精神”下，自定义指令的高效集成是评估和落地的重要一环。Nuclei Model在这方面也提出了优雅的解决方案：用户无需修改原始Model，仅需实现标准化接口函数；通过连接Model静态库，自定义指令逻辑与Timing Model融合；快速完成行为建模 + 性能标定，大大提升设计-验证迭代效率。
这一机制使得用户可以灵活探索新指令在真实程序中的加速效果——例如在AES解密场景下，热点函数的CPU占用率可从50%降至10%。
06 面向VP平台：SystemC友好集成，支持动态切换模型
他指出芯来在构建Model之初便面向SystemC VP平台（虚拟原型平台）进行了架构优化。通过采用Loosely-Timed时序风格，模型能够加快仿真速度的同时，保留关键Cycle信息；此外开放内部构件参数与函数接口，便于VP平台一键集成；同时支持静态库方式封装，灵活对接多种上层系统。
更重要的是，平台支持Fast Model、Near Cycle Model、Cycle Accurate Model的多级模型动态切换，用户可根据仿真目的选择模型精度与速度之间的最优平衡。
07 总结：从建模到生态，构建RISC-V协同开发“加速器”
Nuclei Model并非单点创新，而是芯来科技在处理器IP之外，构建完整工具链生态战略的重要一环。它连接了硬件设计、指令扩展、系统集成和软件优化四个层面，为RISC-V SoC开发者打造了高精度、高效率的协同开发平台。
未来，随着RISC-V在AIoT、车载、边缘计算等领域的深入渗透，具备强建模能力和系统适配性的工具平台将成为决定生态成败的关键。芯来科技用“Nuclei Model”迈出了坚实的一步。