《处理器评测流程规范》等五项标准编制说明

国家标准《处理器评测流程规范》等五项标准（征求意见稿）
编制说明
一、工作简况
根据工信部电子信息标准项目建议书，国家标准《CPU基准程序测试方法》（计划代号：20120140-T-339），《DSP基准程序测试方法》（计划代号：20120141-T-339），《处理器参数指标体系》（计划代号：20120142-T-339），《处理器电参数测试方法》（计划代号：20120143-T-339），《处理器评测流程规范》（计划代号：20120144-T-339），由中国电子技术标准化研究院负责制定。

二、制定背景
近年来，国内处理器研制取得长足进步，部分型号的CPU、DSP已经进入到从工程样片到产业化应用转化的阶段。

在这个阶段，无论是处理器产品的参数测试还是性能评估都需要用标准来规范各项工作。

在“十一五”、“十二五”期间国家科技重大专项支持了一批面向产业化应用的处理器研制项目，这些项目的研制成果的技术评测也离不开标准的支撑。

我单位作为电子行业标准化机构牵头组织编制了5个处理器评测系列标准，目的是通过标准来规范国内处理器评测工作。

本次编制的5个处理器评测标准包含了处理器指标、处理器电参数、CPU基准程序测试、DSP基准程序测试和处理器评测流程等内容，覆盖了处理器评测工作的主要方面。

这5个标准可作为处理器评测的依据，供行业内处理器研制企业、研究单位和用户单位参考。

三、编制原则
在编制5项标准过程中，遵循了以下三项原则。

一是遵循国家法律、法规等相关规定，制定过程严格按照程序执行。

本标准的编制过程经历了标准编制筹备阶段、标准草案编制阶段（草案讨论、编制、征求意见、修改、再征求意见等环节），制定过程严格按照国家标准制定程序要求。

目前处于标准送审稿阶段。

本标准的编制严格遵循GB1.1 《标准化工作导则—
—标准的结构和编写》的要求，并使用中国标准编辑器进行文本的编辑。

二是充分借鉴和吸收国外相关文献和经验。

本标准编制过程中，吸收借鉴了一些国外的技术文献和经验，这些内容虽然没有正式成为国际标准，但已经成为了业内事实标准。

另外，《处理器电参数测试方法》中常规的静态参数和动态参数直接引用了《GB/T17574-1998半导体器件集成电路第二部分数字集成电路》，只是重点规定了处理器特有的且在该标准中未涉及的内容，具体情况在第五节中有详细说明。

三是结合我国国情和具体工程应用需求。

本标准立足于当前处理器应用需求，基于最新的技术方案，着眼于未来的发展。

为了使标准发挥最大的作用，在标准的技术内容编写上充分考虑了国产处理器的特点和测试方法的可操作性，以便于标准能够在实际的应用中得到贯彻实施。

四、工作过程
基于“核高基”专项课题《高性能处理器技术评测》技术研究的成果，以及参考国家军用标准《GJB7704-2012 军用CPU测试方法》和《GJB7705-2012 DSP 测试方法》，针对CPU、DSP评测参数体系、评测流程（含文档审查与确认流程）、评测技术（包括性能参数与基准评测方法、电参数测试方法），编制完成了《处理器评测流程规范》、《微处理器参数指标体系》、《CPU基准程序测试方法》、《DSP 基准程序测试方法》和《处理器电参数测试方法》五份标准。

高性能处理器评测标准是开展处理器技术评测的技术依据，为了保证标准的科学性、正确性以及可操作性，从标准的最初版本开始，标准编制工作组就通过多种形式广泛征集相关单位（北京大学、清华大学、中国科学院计算所、中国科学院声学所、中国科学院自动化所、中国科学院微电子所、国防科技大学、上海高性能集成电路设计中心、中电38所、Intel、AMD、VIA等）的意见。

在标准编制过程中，从标准编制启动，标准初稿、修订稿、征求意见稿到送审稿，一共召开了七次大会，与会的专家来自国内处理器研制的各个单位（国防科技大学、上海高性能集成电路设计中心、中科院计算所、北大众志、中电32所、杭州中天、苏州国芯、中电58所、中电38所、中科院声学所、中科院自动化所）和从事处理器研究的单位（北京大学、清华大学和浙江大学）。

对于每个处理器测试
方法，工作组邀请业内专家召开了二十多次的技术讨论会。

这些技术讨论会，对于最终形成目前确定的测试方法具有非常重要的作用。

在标准编制过程中，工作组先后三次进行了标准草案的意见征求工作，标准意见征求单位设计处理器研制单位、研究单位、用户单位、测试机构等，征集的意见多达近70条。

这些意见中，有很多对于完善标准草案具有非常重要参考意义。

例如，针对处理器文档检查，很多专家对草案中检查处理器设计过程文档提出意见，认为原方法中对设计过程文档检查过于细，可操作性不足，且涉及设计单位内部的技术细节，实际操作起来将会遇到很多困难。

建议对文档检查采取“重两头，轻中间”的方法，对体系结构相关文档及与用户相关的文档作为检查重点。

经过讨论及几轮的意见征求，工作组采纳了改意见。

后续的专项安排的处理器成果的实际评测工作证明上述修改是正确的。

处理器评测标准的顺利编制完成得益于国内业内专家的帮助。

高性能处理器评测规范草案中的所有的测试方法都是建立在大量的技术研究和实验基础之上的，高性能处理器评测规范中每个条款描述都有实验数据支持。

为了验证高性能处理器评测规范的正确性和可操作性，工作组对每个评测方案和操作环节在现有的商业处理器产品上进行了实验验证，积累了大量数据文档，并出具了相应的测试报告。

五、标准内容
5.1 《处理器参数指标体系》
本标准规定了处理器参数及对应指标，并给出了处理器参数及对应指标体系表。

指标体系将处理器参数指标从结构相关参数、物理相关参数进行分类。

并根据当前技术发展，涵盖针对多核处理器的参数指标。

此外，针对处理器系统应用，增加了接口的参数指标。

5.2《处理器评测流程规范》
本标准规定了处理器评测流程分为三个阶段：申请与准备、测试和报告出具。

申请与准备阶段分为申请、制定测试大纲、签订测试合同、提交评测材料四个环节，测试阶段分为文档审查、性能参数测试、电参数测试、综合性能测试四个环节，报告出具阶段分为测试数据处理、分析比较、报告编制三个环节。

5.3 《CPU基准程序测试方法》
本标准规定了采用基准程序进行CPU性能测试的基本方法和要求。

在标准中主要规定的是CPU基准测试的一般原则，在实际的测评中需要针对具体CPU产品应在上述原则指导下制定相应的测试细则。

为了便于指导实际测评，本标准在附录提供了针对各项性能测试推荐采用的基准程序。

同时，给出了测试时的软硬件环境要求、约束条件和测试数据处理原则与方式。

5.4 《DSP基准程序测试方法》
本标准规定了DSP处理器采用基准程序进行性能评测。

通过测试核心的、标准的数字信号处理算法的运行情况，来评估目标DSP处理器核的性能。

核心基准程序由11个程序组成，包括：FFT、实数单样本FIR、实数块FIR、复数块FIR、LMS自适应FIR、IIR、向量和、向量点积、向量最大值、矩阵求逆以及位提取。

明确了每个核心基准程序的模型和算法。

5.5 《处理器电参数测试方法》
本标准规定了处理器电参数测试时采用的方法。

标准对处理器电参数进行了分类整理，具体分为三类：直流特性参数、交流特性参数和接口电参数。

其中，直流特性参数包括输出高电平电压(VOH)、输出低电平电压(VOL)、输入高电平电压(VIH)、输入低电平电压(VIL)、输入高电平电流(IIH)、输入低电平电流(IIL)、输出高电平电流(IOH)、输出低电平电流(IOL)、输出高电阻状态电流(IOZ)等；交流特性参数包括建立时间、保持时间、传输时间、延迟时间、有效时间等；接口电参数包括接口电路的数据发送功能验证、接口电路的数据接收功能验证、发送数据速率测试、发送信号幅度测试、发送信号眼图测试、上升下降时间测试、接收数据速率测试、接收信号幅度测试、接收信号抖动容限测试等。

六、与现行的法律、法规及国家标准、国家军用标准、行业标准的
关系
6.1 《CPU基准程序测试方法》与现行标准关系
国军标《GJB7704-2012 军用CPU测试方法》是CPU测试方法综合标准，包含了功能、电特性、性能、接口等方面的测试方法；本系列标准中，《CPU基准
程序测试方法》仅针对CPU基准测试规定了相应的测试方法，并细化了测试的基本原则。

本标准是国军标的补充，不存在互斥问题。

两个标准虽然存在相互关联，但在用途上存在差别：在制定CPU产品整体测评方案时，测试方法可以依据国军标进行编制；在具体细化基准性能测试时，则可以参考本标准的规定，编制基准测试方法。

6.2 《DSP基准程序测试方法》与现行标准关系
《DSP基准程序测试方法》对已有的国军标《GJB7705-2012 DSP测试方法》进行了内容上的采用，原因是随着军民融合的推进，在国产软硬件推进计划的启动下，根据当时国产军用DSP产品特点，编制组编制了国家军用标准《GJB7705-2012 DSP测试方法》，这个标准涵盖功能、电特性、性能、接口等方面的测试方法。

《DSP基准程序测试方法》仅对通用DSP处理器的性能测试用基准程序进行规定，因此在制定DSP产品整体测评方案时，测试方法可以依据国军标进行编制；在具体细化基准性能测试时，则可以参考本标准的规定，编制基准测试方法。

6.3 《处理器电参数测试方法》与现行标准关系
《处理器电参数测试方法》与现行标准的关系：在测试方法方面与现行集成电路国标GB/T17574《半导体器件集成电路第二部分数字集成电路》中测试方法存在一些借鉴和引用关系，在测试条件规定方面与美军标MIL-STD-883 《TEST METHOD STANDARD MICROCIRCUITS》存在借鉴和引用关系。

具体情况如下。

首先是充分借鉴和吸收已有的电参数测试文献和标准。

目前，国内外尚未发布过处理器的电参数测试标准。

所以，没有直接可以转换的标准。

有一些相关领域的标准可以借鉴，如《GB/T17574-1998 半导体器件集成电路第二部分数字集成电路》中的第IV篇测试方法、《MIL-STD-883 TEST METHOD STANDARD MICROCIRCUITS》的3000系列ELECTRICAL TESTS (DIGITAL)等。

本标准充分参考和借鉴了现有的标准和技术规范。

二是结合我国国情和具体工程应用需求，对标准内容进行补充和完善，以便于标准在国内的实施。

例如，标准中部分开关参数的测试方法，根据国内测试设备，尤其是在国内广泛使用的国产集成测试系统由于不具备时间间隔分析设备或者类似设备，所以采用扫描法进行测试，这样的测试方法在业内已经被广泛接受，
并被大家广泛使用。

所以本次标准制定考虑适当收录这些方法进入标准。

具体的情况如下。

1）对现行集成电路测试国标GB/T17574的借鉴与引用方式
由于处理器是逻辑功能非常复杂的器件，测试时需要足够深度的向量发生器才能保证被测器件进入期望的测试状态。

原GB/T17574中使用脉冲发生装置作为被测器件的输入激励无法满足测试要求。

所以，本标准中使用向量发生器作为输入激励。

由于测试向量是测试处理器的关键条件，在原GB/T17574中对测试向量没有提出明确的技术要求，因此，本标准单独对处理器测试中使用的测试向量给出了比较明确的技术要求。

由于处理器中具有许多高速接口，这些接口的测试参数和测试方法与一般的直流参数和开关参数有一定的差异，所以，本标准单独列出了接口参数章节专门进行描述测试方法，这是在GB/T17574中所没有的。

a）输出高电平电压(VOH)、输出低电平电压(VOL)、输入高电平电压(VIH)、输入低电平电压(VIL)
本标准将原GB/T17574中方法定义为直接测量法（静态法），增加比较验证法（动态法）。

在直接测量法中测试设备，测试要求等与原GB/T17574相比有增加和补充，测试顺序与GB/T17574一致。

b）输入高电平电流(IIH)、输入低电平电流(IIL)、输出高电平电流(IOH)、输出低电平电流( IOL)、输出高电阻状态电流(IOZ)
在本标准中测试设备，测试要求等与原GB/T17574相比有增加和补充，测试顺序与GB/T17574一致。

c）建立时间、保持时间、传输时间、延迟时间
本标准将原GB/T17574中方法定义为直接测量法，增加扫描验证法。

在直接测量法中测试设备，测试要求等与原GB/T17574相比有增加和补充，测试顺序与GB/T17574一致。

d）有效时间
在本标准中测试设备，测试要求等与原GB/T17574相比有增加和补充，测试顺序与GB/T17574一致。

e）频率测试
在本标准中提出了周期法和定时器法，这在原GB/T17574中是没有的。

f）动态电源电流
在本标准中测试设备，测试要求等与原GB/T17574相比有增加和补充，测试顺序与GB/T17574一致。

g）接口电参数
在本标准中首次提出接口电参数并给出测试方法，这是原GB/T17574中没有的。

2）对MIL-STD-883的借鉴与引用方式
在本标准的编制中，参考了MIL-STD-883中3000系列测试方法中关于测试条件描述的内容，主要体现在测试过程中对电源电压和输入电平的要求。

因为在GB/T17574中测试条件的要求不明确，如电源电压一般是要求依据产品规范提供，而在MIL-STD-883中许多参数的测试条件明确要求最差电源电压条件下，这样的要求更符合对处理器产品测试的要求，并且并不违背产品规范的限定，因此采纳并列入测试要求中。

七、实施标准的要求和措施建议
本标准适合处理器产品的研制单位与用户单位使用，且无涉密内容，建议公开发行，用于指导国内处理器类产品的相关测试。

在标准具体使用中，应配合处理器类产品的详细规范的要求确定需要测试项目，并在本标准中选择相应的测试方法，按照流程开展测试。

建议本标准面向国内CPU、DSP产品研制单位或用户单位发行。