[ACIR] 增加原子的 `ac.try_transfer` Queue-to-Queue primitive

[hmljy2020]

背景

建议在 ACIR Core 中增加一个由编译器原生支持的 Queue-to-Queue 原子传输
操作：

%fire = ac.try_transfer @source to @destination when %enable : i32

该操作读取当前周期的 Queue committed snapshot，并把 source pop 与
destination push 作为同一个事务组提交。两项更新必须同时成功或同时失败。

这可以让 Queue transfer 的硬件意图在 IR 中保持显式，使 verifier、ACSim
以及未来的 RTL backend 不需要从 try_send → try_recv → assert 这样的
过程式代码中猜测原子关系。

现有表达的问题

目前 Queue 之间的数据移动通常写成：

%head, %valid = ac.peek @source : i32
%sent = ac.try_send @destination %head : i32
scf.if %sent {
  %value, %received = ac.try_recv @source : i32
  ac.assert %received, "granted source must be readable"
  %same = arith.cmpi eq, %value, %head : i32
  ac.assert %same, "received value must match peeked head"
}

在当前 proposal/Xfer 仿真模型下，经过谨慎构造的这类代码可以表现出原子
传输效果，但这种关系没有直接存在于 IR 中。后续 verifier 或 RTL backend
必须分析操作顺序、嵌套 scf 和 assertion，才能推断两次 Queue 更新是否
属于同一次传输。

此外，assertion 不应承担功能正确性。综合后的硬件无法在 destination 已经
push 后，因为 source pop 失败而回滚。

Router、Crossbar、带缓冲流水线等组件都需要明确的 Queue-to-Queue transfer
语义。

建议语义

对于元素类型为 T 的两个 Queue：

fire = enable
       && source 在 committed snapshot 中可读
       && destination 在 committed snapshot 中可写

当 fire=true 时，操作创建一个不可拆分的事务组：

从 source 弹出 committed snapshot 中的旧队头
把完全相同的值压入 destination

两项更新在同一个 Xfer barrier 提交。

当任意一侧不能接受传输时：

fire = false
source 不变
destination 不变

必须保证：

• 不会只发生 source pop 或只发生 destination push；
• destination 得到的值严格等于旧 source head；
• 所有 ready/valid 判断读取同一个 committed snapshot；
• 如果现有 Queue 规则规定 pending pop 不释放本周期容量，该规则保持不变；
• 不引入 process-local 临时 holding slot；
• Queue 统计、协议状态和 readable/writable activation 只在 commit 后更新；
• reset 会清除所有尚未提交的 transfer proposal。

第一版中，只有当 verifier 能保证 grouped proposal 不会在后续仲裁中被拒绝
时，%fire 才能作为 Work 阶段可用的结果。存在竞争的 source 或
destination 必须使用静态可证明互斥的 grant，否则应诊断为暂不支持。

不能在 Work 阶段返回暂定的 fire=true，随后又在 arbitration 阶段拒绝该
transfer。

Verifier 要求

建议 verifier 检查：

• ac.try_transfer 只能位于 ac.process 内；
• @source 和 @destination 必须解析到当前 module 中两个不同的
  ac.queue；
• 两个 Queue 的 payload type 必须一致，并与操作声明的 T 一致；
• Queue 的协议和 time domain 必须兼容；
• %enable 和 %fire 的类型必须为 i1；
• transfer 不能跨越 suspension point；
• 每个单读 Queue 在一个 commit epoch 中最多 pop 一次；
• 每个单写 Queue 在一个 commit epoch 中最多 push 一次；
• 多个候选 transfer 只有在 grant 可被机械证明互斥时才合法；
• 无法证明的多 pop、多 push 或多 writer 情况必须给出确定性诊断。

该操作还应在 MLIR MemoryEffects 中声明：

• 读取和写入 source Queue state；
• 读取和写入 destination Queue state；
• 读取和写入两侧关联的 protocol state。

ACSim 和 gfsim lowering

ACIR-to-ACSim 可以把该操作 lower 为一个接收两个 native Queue owner 的
compiler-known helper：

%fire = acsim.invoke @acir_impl_queue_try_transfer_i32(
    %source_owner, %destination_owner, %enable)
    : (!acsim.owner<@queue_i32>,
       !acsim.owner<@queue_i32>, i1) -> i1

该 helper 不能简单调用两个彼此独立、会立即产生副作用的 Queue 操作。
Work 阶段应提交一个 grouped proposal，其中至少包含：

source Queue identity
destination Queue identity
旧 source-head value
owner/process identity
transaction-group identity

runtime 必须在 Xfer 前将整个事务组作为一个整体接受或拒绝。commit 时同时
更新两个 Queue，并唤醒两个 Queue 的相关订阅者。

需要完成的编译器和 runtime 工作包括：

• ACIR ODS 定义、parser/printer、verifier 和 memory effects；
• process lowerability 和 ProcessStatePlan action 支持；
• 在 process 中捕获 source、destination 两个 native Queue owner；
• ACIR-to-ACSim invoke lowering；
• 确定性的 helper identity 和 fingerprint；
• ModelPlan 与生成 C++ 的调用支持；
• gfsim grouped Queue-transfer proposal；
• 跨两个 Queue 的原子 arbitration/Xfer；
• reset、统计和 activation 支持。

RTL lowering 意图

该 primitive 应能直接映射成同步 FIFO 控制逻辑：

fire = enable && source_valid && destination_ready;

source_pop       = fire;
destination_push = fire;
destination_data = source_head;

source FIFO 和 destination FIFO 的状态在同一个时钟边沿更新。

本 Issue 不要求同时实现 RTL backend，但 Core 语义不应阻碍上述直接
lowering。

验收测试

1. source 非空且 destination 可写时，恰好传输一个元素。
2. source 为空时，两个 Queue 都不变化。
3. destination 已满时，两个 Queue 都不变化。
4. destination 得到的值严格等于旧 source head。
5. 连续传输保持 FIFO 顺序。
6. source pop 和 destination push 具有相同的 commit epoch。
7. 删除所有 assertion 后，功能行为不变。
8. reset 清除 pending grouped proposal，但不破坏 committed data。
9. payload 或协议不匹配时产生确定性诊断。
10. 无法证明互斥的多 pop 或多 push 被 verifier 拒绝。
11. ACIR round-trip 和 ACIR-to-ACSim FileCheck 测试通过。
12. 生成的 C++ 可以编译，native Queue 端到端测试通过。

非目标

本 Issue 不包含：

• 动态选择 source 或 destination Queue；
• 自动重写所有历史 try_send/try_recv 模式；
• RTL backend 本身；
• 跨 time domain 的 Queue transfer。

在该 primitive 稳定后，ACPy 和标准组件可以在其上构建结构化仲裁、
Crossbar 和 transfer-selection 等更高层封装。