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近期，中国科研实验室软件研究所智能软件中心研究团队提出一种基于RISC-V指令集的ISAX异构计算系统，其顺利获得RISC-V二进制重写技术，无需修改源代码，就能实现异构核心间计算任务的高效透明迁移。该系统有助于解决传统异构计算系统中存在的硬件资源隔离和运行时开销过大等性能瓶颈，同时为RISC-V 生态碎片化带来的软硬件适配难题给予了关键技术支撑。相关成果论文Chimera: Transparent and High-Performance ISAX Heterogeneous Computing via Binary Rewriting被计算机系统领域国际顶级会议EuroSys 2026接收，第一作者为博士生何家泰，通讯作者为助理研究员齐冀。

ISAX（ISA+eXtension）异构计算架构允许不同处理器核心在共享同一基础指令集的同时，支持不同扩展指令集。虽然此类异构架构的能耗和性能相较同构核心更具优势，但却面临异构核心间难以透明迁移的问题。例如，包含向量指令的计算任务只能在具备向量扩展的核心上运行，无法迁移到仅支持基础指令集的核心，因而严重限制了调度策略的灵活性，并降低了硬件资源的利用率。

为了实现透明迁移，ISAX上运行的系统需要对扩展指令进行翻译，并将翻译结果写入二进制文件，从而在运行时根据实际硬件环境自动切换到相应指令序列，实现保障高性能的同时对用户透明。现在，异构计算系统主要采用编译方法或二进制重写方法，但二者均存在一定局限。编译方法需配置复杂的编译工具链，并为不同硬件生成专用二进制文件，在终端设备的异构环境中编译和配置成本高昂。二进制重写方法虽可直接修改二进制指令片段，但由于难以完整还原程序控制流，容易引发不确定且难以恢复的运行时错误。现有方案多依赖保守策略，如低效的重写方式或繁重的运行时检查，虽可保障正确性，但通常引入显著性能开销，限制了在ISAX异构场景中的应用。

针对上述问题，研究团队设计了基于软硬件协同设计的RISC-V异构计算系统Chimera。该系统基于二进制重写方法，利用RISC-V指令集的编码特性，使可能出现的运行错误具备确定性与可恢复性，并借助轻量级机制实现安全恢复。新系统相比现有基于二进制重写方法设计的系统，错误恢复机制的触发频率整体降低了4个数量级，在无需源代码的情况下，实现了异构RISC-V处理器核心间高效、透明且正确性有保障的任务迁移与调度。

Chimera概览

在性能评估中，团队将Chimera与多种现有异构计算系统进行了对比实验，包括基于原生编译的MELF、基于二进制重写的Safer以及基于运行时调度的FAM（Fault And Migration）。实验表明，在ISAX异构的硬件环境中，Chimera较Safer（不保证正确性）和FAM（不支持透明迁移）分别实现了12.5%和33.1%的性能提升。而相较依赖源码的MELF，Safer和FAM的性能开销为17.9%和55.4%，而Chimera的性能开销仅为3.2%。此外，基于SPEC CPU 2017基准测试的进一步对比显示，Chimera重写后的二进制文件性能优于现有二进制重写方法，最高性能提升达42.5%。

Chimera异构计算性能评估

Chimera重写后的二进制文件性能评估

论文链接：http://eurosys26p57.github.io/Chimerapaper/Eurosys2026Chimera.pdf