通过原始创新构建涵盖理论、技术、工具等的完整基线技术新体系，解决三大核心科技问题。

基于处理器芯片创新理论（通用性-能效关系理论、设计智能化理论、混合指令集结构理论），形成处理器芯片完整体系化基线工具链（跨层优化EDA工具链、开源智能开发平台、跨平台统一系统软件栈），将助力国产处理器芯片逐步占领乃至主导国内市场，最终在国际市场中长期共存、互相制衡。

（1）研究任务1：面向能效墙，构建通用性-能效关系理论，形成支持跨层优化的数字前端EDA工具链

工艺壁垒背后的能效墙问题是如何在工艺受限的条件下实现对海量不断演进应用的处理能效的指数级提升。

现有体系沿袭冯诺依曼理论体系，处理器设计遵循“标准化”原则针对通用或特定领域内通用任务设计，依靠先进工艺获得能效优势。为消解工艺壁垒的影响，新体系必须利用应用优势，面向细分应用开展工艺、芯片、软件跨层垂直优化，寻求面向真实应用场景的能效最大化。为此，我们将探索一套通用性-能效关系理论。该理论用热力学熵刻画维持通用性所带来的开销，指导处理器设计找到通用面和高能效之间的帕累托最优平衡点，从而在落后工艺条件下，实现新体系处理器在实际应用中的能效优势。

针对处理器芯片的能效墙问题，以探究芯片通用处理能力与能效上限间量化关系为核心，构建通用性-能效关系理论，通过处理器设计空间的软硬件协同优化探索解决算法-架构跨层优化问题，通过处理器硬件模块解耦及工艺参数反标探索解决架构-工艺跨层优化问题，通过功能验证、性能仿真和可测试性设计探索解决安全可靠可用问题。

拟突破软硬件协同的设计空间探索、应用/算法/工艺驱动的架构设计、处理器微架构与版图设计的一体化优化、支持全生命周期可靠安全的可测试性设计等核心关键技术；研制支持跨层优化的数字前端EDA工具，在解决高性能功能仿真、高质量设计综合、高可靠验证测试等共性问题基础上，通过与工艺、系统、软件、算法等国重协同攻关，支撑场景驱动的贯通式处理器设计与优化。

（2）研究任务2：面向设计墙，构建设计智能化理论，形成支持高协同开发的开源智能敏捷开发平台

资源壁垒背后的设计墙问题是指如何在芯片指标不变条件下指数级降低处理器开发工作量，快速发展出系列化的处理器芯片。

现有体系处理器基于EDA（Electronic Design Automation，EDA）理论体系开展设计工作，全设计流程（前端、后端、验证、测试）由硬件工程师主导、EDA工具辅助，人力资源消耗大、成本高。为突破这一壁垒，我们将探索设计智能化（Electronic Design Intelligentization，EDI）理论。据此理论，新体系当中硬件设计工作主要应由AI完成，人类工程师仅负责指导，因而可以指数级降低处理器芯片研制所需的人、财、物资源和研制周期。通过研究智能化设计验证、开源模板化设计和众包云化开发等开源智能设计方法，突破处理器芯片的开源智能设计关键技术，形成数千人可协同工作的开源智能开发云平台，从而大幅拉平中美之间的资源差距，研制国际领先的系列化新体系处理器芯片。

针对处理器芯片的设计墙问题，以探究处理器层次化设计复杂度与建模准确度量化关系为核心，构建处理器芯片设计智能化理论，为单个团队设计单款芯片，研究基本无需人工干预的芯片AI智能设计方法；为单个团队设计多款芯片，研究可提升功能模块可复用率的对象化体系结构；为多个团队设计多款芯片，研制万人共享的开源敏捷开发云平台。

聚焦AI自动化全流程的芯片设计方法（含AI自动逻辑设计、AI自动功能验证、AI自动后端物理设计等）、处理器芯片开源自动化设计方法、处理器开源智能设计平台技术等相关研究；拟突破AI自动化逻辑设计-功能验证与后端物理设计、面向对象的处理器芯片结构高层次抽象和描述方法、支持处理器芯片设计全流程的分布式云原生计算环境等核心关键技术；研制支持高协同开发的处理器开源智能敏捷开发平台，支持一系列可解耦、可聚合和可扩展复用的处理器芯片细粒度对象级模组，通过按需共享和弹性伸缩的IT基础设施和云原生仿真加速，实现处理器芯片开发流程的平台化和云服务化，大幅减少所需人员和资源，提升国产处理器芯片的开发效率。

（3）研究任务3：面向指令集墙，构建融合指令集结构理论，形成可支持处理器生态融合的跨平台统一系统软件栈

生态壁垒背后的指令集墙问题是指如何在性能基本无损条件下实现应用在不同指令集、处理器间的无缝迁移，以实现应用生态的融合。

现有体系在“精简指令集结构（RISC）”理论基础上，通过人为划分不同指令集（如x86、ARM、MIPS）形成生态壁垒。由于指令集是对处理器体系结构的抽象，新体系要打破异构指令集形成的生态壁垒，亟需寻求包容异构性的体系结构基础理论创新。为此我们提出混合指令集结构（MISC）理论。该理论指出指令可以包含有不同的任务粒度，兼容异构性和最优执行效率。依据该理论，新体系通过构建跨平台虚拟机CVM技术，应用仅需一次编程即可在全部新体系指令集、处理器上高效无缝迁移，大幅提升新体系处理器的生态容量，使新体系中的各类处理器凝聚形成合作、共赢的统一生态。

针对处理器芯片的指令集墙问题，以探究不同系统、处理器、指令集间的语义距离为核心，构建融合指令集结构理论，基于指令距离度量构建面向不同指令系统的Emulation指令，支持一款处理器高效运行不同指令集的应用，从而建设国产处理器的统一生态。

聚焦指令集语义距离度量方法、软硬件协同的跨平台虚拟机、跨平台统一的操作系统、编译工具、基础库工具等相关研究；拟突破融合型指令集架构理论与处理器系统、跨平台虚拟机抽象指令集规范及其系统与验证、处理器新体系跨平台统一的编译优化、支持应用-芯片贯通式优化的统一开放软件栈等关键技术；研制统一生态的编程语言、编译器、链接器、调试器、驱动等系统软件，在解决应用跨系统、跨指令集、跨处理器类型的无缝高效执行等共性问题基础上，支持海量编程框架及处理器架构，支撑处理器新体系的应用生态共容，实现应用的跨平台高效无缝迁移。