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材料为王-第47部分
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而且他们都是活生生的人,有自我意识、自我判断,具有主观能动性。
郭逸铭给了他们一个思路,他们立即能领悟其中精髓,在实施中不断自我完善。就好比一台超大规模的人力超级计算机……,不,不只是被动处理数据的计算机,而应该称之为能自我适应作出应对的——智脑!
结果,他们这套超脑体系,在微处理器设计中先拔头筹,跑到了DEC开发小组前面,率先拿出了成熟的设计方案。
这次为了处理器设计而进行的大量电路实测数据,也为他们未来开发专用电路设计芯片储备了宝贵的数据资料。
当然,这其中,DEC的技术支持也功不可没。
DEC搞了几十年的处理器研发,各种功能电路在不同专业领域的运用,已经非常娴熟。哪种电路效果最佳,哪种电路运用面最广,各种电路集成后的相互干扰、排除……,等等,都有着自己的独到之密。没有DEC给与的技术支持,彭之旭他们不花上几年做研究调查,马上就动手设计相关电路根本就没有实现可能。
10月21日,西部计算机第一款个人计算机设计正式定稿。
彭之旭等几十名工程师日以继夜,奋战了一个半月时间,终于拿出了这款微处理器的设计图纸。望着这堆由数百张电路图组成的庞大设计图,他们在疲倦之中,也露出了欣慰的笑容。
这是一款独一无二的处理器!
它不是传统的复杂架构型,也不是现在呼声高涨的精简指令型。它,既包含了精简指令型的基本特征,核心指令只有十几条,也拥有复杂架构型多达数十条的各种外围指令,但并不包括目前各公司开发的所有指令。
整个处理器不是一个,而是两枚!
一块精简指令的核心微处理器,一块包含大部分复杂指令的协处理器,两者采用并行计算电路合二为一,才构成一个完整的处理器系统。
这种天马行空的想象力,就是领受郭逸铭指示,负责具体开发的彭之旭等人也是赞不绝口。
这种思路,真是……
真是怎样,他们一时想不出,但他们隐约觉得,在当前复杂架构和精简指令激烈冲突的时候,这种混合架构或许确实才是最佳解决办法。这种解决方法看似是在和稀泥,但实际仔细分析下来,才可以看出,它确实做到了采两家之长的设计意图,将处理器硬件性能发挥到了极致!
复杂架构和精简指令争执的核心,在于指令长短。
早期核心指令功能不复杂,所以指令本身也很简短精炼,就例如一个加法指令,再长也有限。但随着半导体发展,各领域又热衷于开发自己的专用指令,将一个个原本精炼的指令组合起来,形成了一个庞大的复杂函数体系。
复杂指令,为它设计的名称代号同样简单,但这只是为了编写程序的人方便识别,其本身运算内容却极其浩大繁杂。
现行的处理器,都是处理完一条指令,才能处理第二条,后面待处理指令只能排队等待。如果每一条指令都超长,那后面等待的时间就会很久。等久点也没关系,关键是每条指令调用的电路并不一致,有些运算同时调用不同功能电路,这很好,不占用时间。但有些复杂指令反复调用某一热点电路,热点电路超负荷运转,其他电路却空自等待,不能做其他事情,白白浪费了处理器硬件架构。
打个比方。
全校集合,一个班级的同学从大门出去,如果班上的人越多,出门所花的时间自然也就越多。如果在出门时大家还打打闹闹,有几个人争抢着要先出去,这几个争抢的人长时间堵在门口,后面的人想走也走不了,全班赶到操场集合的时间便会拖延更久。
复杂指令效率低,就低在这里。
在郭逸铭的协调下,大家采用了双处理器,并行运算的设计思路。
核心处理器采用精简指令方式运算,那些调用效率最高的电路集成在这块芯片上,基本满足了80%的运算要求。核心处理器处理的数据指令短、无堵塞,效率自然就高,速度也就更快。而另一块协处理器却集成了另外17%,调用率较低的电路,如果恰逢用户这方面的需求,也可借用协处理器辅助运算。
协处理器的运算,不影响核心处理器,双方各算各的。如果恰好同时运用到两个部分,两部分处理器各自运算完毕,经由并行处理电路综合汇总,得出最后结论,速度也快于单纯的复杂架构处理器。
最后3%的功能电路,则被做成了程序形式,保存在磁盘中。
程序按照处理器运算效率,将这些复杂的运算转换为一个个长长短短的指令,分别交由主处理和协处理器同时运算,集中得出结果。这类特殊指令需求量稀少,大多数用户都用不上,有没有对他们而言无足轻重。对于那些有需求的用户,少了这些指令也不会特别难受,实在要用,程序软件处理虽然稍慢一点,但本身调用次数也不是很多,基本可以忍耐。
处理器设计的重心,就在于并行处理。
彭之旭等人对微处理器有些陌生,但对并行计算那是太熟悉不过了。国内的大型计算机、超计算机,哪个不是并行计算。
并行计算,说穿了就是将计算机宝贵的硬件资源充分利用起来,将一个复杂的科学计算分成一个个小片断,经由计算机不同电路,同时进行运算,最终汇总得到结果的处理方式。
国内的计算机很少,为了让这些珍贵的计算机发挥出最大效率,基本上所有的计算机都采用了并行式设计,以满足各科研单位的最大需要。
正是因为这个思路是如此巧妙,却又如此简单,算是满足了两方的意见,而并行处理恰好是彭之旭等国内工程师们的长项。所以当郭逸铭提出这个解决办法,众人当即一拍而合,迅速接受了这个框架,以此来设计公司的第一款微处理器。
郭逸铭的构思并不出奇,他只是利用现成的技术,将运用于大型计算机的并行处理技术,移植到微处理芯片上,以发挥硬件更高处理效率而已。但这个思路,却给如何处理复杂指令与精简指令之间的冲突,提供了一个巧妙的解决办法,将两者水火不相容的对抗,各采所长,融为一体。
在提供技术支持的DEC工程师看来,这可能就是东方式思维的结果。
西方思考问题非此即彼,复杂架构和精简指令吵了这么久,大家都没想过,是否可以将两者的长处结合起来,走第三条路。
也只有中国人,才想到将两者融为一体。
但DEC方面对这个思路并不看好,奥尔森在得知了西部计算机公司的设计思路后,对此大加嘲讽,认为这等于抛弃了两者的优势,属于一种极其愚蠢的设计,必然不会被市场所接受。由此,他也放下了对西部计算机公司试图插足个人计算机领域的担心,放心大胆搞他那三款个人计算机研发,对郭逸铭他们不再关注。
郭逸铭对奥尔森、DEC方面的看法不为所动。
这种思路并不是他凭空想象出来的,而是后世发展的必然,他只是将这个过程提前了而已。
英特尔公司研发的X86架构处理器,是一种复杂指令处理器。它的性能其实并不是最好的,但能在后来大行其道,几乎统一个人计算机市场,除了有抱上了IBM这根粗大腿的原因,其芯片集成的指令,基本满足了市场各层级客户需求,也有很大关系。
在这个时代,半导体已经开始爆炸式发展,但还没达到量变产生质变的效果。
芯片集成度还有限,价格还很高。如果不用复杂指令的通用芯片,采用精简指令芯片,运算交换数据时所需的大容量高速存储器,也就是半导体存储器,是绝大多数小型公司、普通个人所无法承受的。
也因如此,甚啸尘上的精简指令在八十年代,和英特尔等坚持复杂指令架构的计算机公司争锋一场后,最终还是被淘汰,不得不黯然退出廉价个人计算机市场,转战服务器这个高端客户群体。
英特尔公司虽然最终战胜了对手,却也不是傻子,他们之所以要对精简指令处理器赶尽杀绝,无非还是为了争夺市场份额。他们对于精简指令的优点同样看在眼里,并组织了技术力量持续不懈地予以研究。
等到对手轰然倒下,他们便于两千年初迅速出击,试图抛弃臃肿到无法负荷的X86架构,吸收了精简指令计算机的优点,拿出了一款名为安腾的新型处理器,希望一举统一个人计算机处理器市场。
可世事无常。
他们得意洋洋拿出来的安腾在技术上确实领先,可他们在抛弃X86体系的同时,也等于抛弃了原来的所有用户!逼得这些用户作出选择:是继续使用原来的X86计算机,还是跟着英特尔一条道走到黑,选用新的安腾处理器。
X86价值数千亿的庞大市场对此给出了答案。
滚你的吧!
你英特尔不生产X86架构计算机了?
不做就不做吧,无所谓!
你不生产还有AMD,还有VIA,你不做有的是人来做!
全球的用户使用X86架构计算机,已经用了十几二十年。所有的硬件设备、应用软件全是为这种体系所设计,一旦选用新的安腾体系,原有软件等于全部报废。哪怕那些支持安腾处理器的厂商,在面对客户群冷漠的反应,并开始转而寻找其他X86处理器供应商的时候,他们也毅然抛弃了英特尔,迅速回到X86架构体系下来。
英特尔的计划遭到市场迎头痛击,惨遭失败,他们这才明白,从来都不是他们在领导潮流,而是潮流自己在选择市场需要的产品。不一定要最先进,但必须能满足最多客户需求。
应该说,英特尔的反应是极快的。
他们只坚挺了一年多时间,在面对市场份额快速下滑的情况下,痛定思痛,重新回到X86架构。凭借着英特尔强大的技术实力,迅速从趁隙而入的AMD手中再次抢回个人处理器老大的宝座。
但他们也没有完全放弃精简指令架构,而是换了一种方法,吸收其技术精髓,小心翼翼尝试着与X86架构相结合。
从这个时候起,两种架构开始渐渐融合。
郭逸铭无需要经过几十年市场检验,在经历遍体鳞伤后才明白这个道理。他没有标新立异选用精简指令架构,但也没有完全采用束缚处理器性能随半导体技术发展,飞速提升的复杂指令架构。他一步跨过英特尔用二十年时间,撞得头破血流后才领悟的真谛,从一开始就尝试将这两种架构融合起来。
哪怕技术尚有诸多缺陷,但他对这条路的正确坚信不疑。
在成熟用户市场尚未确立的初期,他却有着后发者的先见之明,他坚信自己将无往而不利!
彭之旭等人受他影响,信心也为之高涨。
但要让这款设计变为现实,最后还有一个问题。
即便采用了双芯片设计,核心处理器集成度为6000余个元器件,比英特尔的8080略低,国内目前的半导体加工工艺尚足以胜任。然而,固化调用率较低的电路的协处理器,集成元件仍达到了将近八千,这个集成度,超过国内现在最大的元器件集成能力近三分之一。
这个难题,他如何解决?
众人拭目以待。
………【第四十五章 让写码民工痛到吐血的发明】………
微处理器的设计已经定型,接下来就是制造出一批试验型芯片,以验证设计是否正确,并在实际测试中,修正其错误之处,对其内部电路作进一步优化设计。
众人也等着,看他如何解决协处理器多达八千的元件集成问题。
郭逸铭不慌不忙,也没有什么特异的举动。
他把试制工作交给了集成电路室主任万洪,自己抓起了处理器厂房建设,一口气从市委要到了二十亩地。在美国方面专业请设计公司,设计了一套达到CMOS工艺标准的超净厂房方案。他在核实过设计方案以后,对超净厂房的建设材料,从更衣间、缓冲间、预处理室、设备间、生产车间,都提出了详尽的要求。
要求地板采用水泥自流坪,表面敷设防静电PVC地板;门窗要求使用铝合金型材;通风管道需要使用镀锌钢板,指定厚度要在0。5到1毫米之间……,甚至对仪器柜把手都有要求,必须是防静电、耐腐蚀塑料把手。
事无巨细,都标注得明明白白。
集成电路室主任万洪接到试生产任务,很是紧张,这是公司倾力研发的产品,就这样说都不说明一下,便直接交给他试制,他实在是心中不安,于是主动找到郭逸铭,向他请教试制过程中的关键技术要求。
“这样啊……,那好吧,我就随便说几点。”郭逸铭本待让他自己做主,但既然他尊重自己,他也决定说两句,“这个试制呢,就是看看处理器的电路设计是否正确。虽然前期通过人力辅助设计,对其电路进行了实际测试,但那毕竟是线导微电状态下的测试,可以作为参考,但可能会与实际产品有所出入。具体的最终效果,还是需要通过试制样品来实际测试。另外呢,电路在封闭的集成电路中有哪些表现,电路之间是否会有干扰、过热等等,也是需要注意的……”
他掰着手指,一五一十给万洪解说起来。
万洪听得哭笑不得。
他几十岁的人了,搞集成电路制备也有三十多年的实际工作经验,这些基础的东西需要郭逸铭教给他吗?这种琐碎的废话,还不如不听!
“郭总,是这样的,我是想问问,这个试制过程中,有没有什么特别需要注意的,比如说工艺流程啦什么的,有没有诀窍或是特殊的技术解决方案……”他趁郭逸铭说得口干,端起茶杯来解渴,赶紧把他要问的重点说出来,堵住对方的嘴,别再让他继续滔滔不绝。
“特别需要注意的?没有哇!”郭逸铭讶然,给了一个让万洪吐血的答案,过了几秒钟才一拍脑门,“对了,是有个事情我忘记说了……”
“是什么需要注意的重点?”万洪激动地问道。
郭逸铭一力主导的微处理器研发,考虑到国内现在的半导体加工能力,把处理器一分为二也算符合实际。偏偏他在协处理器上,却依然集成了近八千个元器件。万洪一看到这个设计就懵了,打死他,也没法把这么多元器件集成在一个芯片里啊。
因为这是郭总坚持下的结果,所以他认为郭逸铭一定有解决的办法,要不然这个设计就太轻率了。
郭逸铭笑哈哈说道:“我要说的是,现在只是试制阶段,所以主要是通过实际产品,来检验一下电路设计是否达到要求,有哪些需要改进的地方,并不需要你们拿出最终产品。所以呢,你们也别局限于一块芯片里一定要集成多少元器件,只要把电路做出来就好了,该占多大就是多大!这东西本就没有一定之规,只要做出来就好。”
万洪当即木在当场。
集成电路的确谁也没规定必须要多大,但为了方便比较,通常都会用同样型号的产品作为参考。万洪他们比较的对象,就是8080处理器。
8080芯片内部硅晶元尺寸是20989×2250微米,也就是两厘米多一点,在这个晶元区域内,集成了5000个晶体管。
万洪等人就是以此作为标准计算。以现在国内的半导体工艺,最多能在同样尺寸内集成6000左右的晶体管,这才感到焦急,跑来向郭逸铭问计。谁知道对方给他这样一个让他啼笑皆非的答案。
能做多大就做多大,这是什么解决办法!
尺寸放大,不仅仅是代表集成水平低,还会因为晶体管的尺寸过大造成功耗加大、热辐射增加,因为线宽的增加造成信号延迟、降低处理器性能等等一系列后果。哪里是一句想做多大就做多大的!
放到公司来说,采用这种扩大尺寸方法制造出来的处理器,必然会比英特尔同样集成度的微处理器性能差得多!而且本来一片硅晶元上,原来可以同时制备二十片核心电路的,现在可能就只能做十六、七片,因而造成单位成本大大增加。
郭逸铭这样的回答,可以说是不负责任!这和国内领导拍脑门作决定有什么区别?
还讲不讲科学了?
万洪不是可以随便糊弄的人,顿时脸就沉下来,对他的回答很不满意。
郭逸铭看他有些发火了,连忙说:“万教授,不是我不提什么要求,而是现在只是拿出样品来,所以无需考虑实际生产。如果光靠我们现在的设备,我就是提了再多的要求,你们也做不到。何苦呢?而解决芯片制造,正是我在做的事情,现在才正在筹备阶段,八字还没一撇,能不能顺利解决,也还未知,所以没有必要那么高调,嚷嚷得全世界都知道!”
他的这个答案,万洪还是认可的�
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