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【感謝網友unny,人力輔助電路設計創意,由他提供,對幫助主角快研微處理器提供了合情合理的依據,在此表示誠摯謝意!
章節前,感謝網友951274927,懂看不懂寫,春笛,看書者oo1打賞支持,謝謝你們的鼓勵與支持!感謝所有點擊,收藏,推薦本書的朋友,在此深深鞠躬致謝!】
ne,意即計算機輔助設計,取字母縮寫為nebp;cad技術不是什麼新鮮玩藝兒,作為最高等的人類文明,就是一部創造工具,利用工具的曆史.自46年2月第一台計算機誕生之日起,人們就開始嘗試使用計算機為現代工業服務.經過十多年摸索,到五十年代後期,計算機輔助人類設計工業產品的運用逐漸成型.
最初大家采用點,線方式,通過計算機進行二維圖形計算和表達.當法國人提出了貝塞爾算法後,曲面運算也成為可能,cad開始由二維圖形向三維邁進.
但受限于這個時代的計算機技術,要進行三維空間的大規模數**算,只能動用級計算機,成本極其高昂.
到目前為止,除國防科研等國家財力支撐的項目外,也只有石油,化工,飛機,汽車等大型公司,財團才用得起.在計算機設計中還從未有過先例,就連藍色巨人都還未進行這方面的嘗試.
不過郭逸銘自後世穿越而來,又豈會受這些條條框框的限制!
cad設計多方便,他如果不知道也就罷了,用過了計算機輔助設計,用鼠標將相關的線路,元件一結合,計算機自動進行運算,告訴他電路設計是否錯誤,並點出錯在何處,當場就可以作出修改.一個大規模芯片設計,也用不了兩三個月.
所以當他決定開始研微處理器,第一時間就想到了nebp;當然,在這個時代要實現cad,困難不是一般的大.
電**算需要專門的電路,通用處理器中固化的相關指令稀少,運算度達不到要求;沒有專門為電**算開的設計程序……
這都沒什麼,慢慢磨,也能磨出來.
關鍵是沒有相關數據!
計算機本身是個死物,它是沒有思維的.人類給它一個電信號,它就按照內部線路運算以後,還以一個電信號.沒有各種電路實測數據,你就是畫了一個電路出來,它也不過是一堆點和線構成的幾何圖形,沒有任何意義.只有豐富的電路實測數據作為參照對比,經過各種電**算程序運算以後,才是一個完整的nebp;郭逸銘經過仔細思考,消化了cad的根本核心,實施了這次人力輔助設計方案:既然沒有實測數據,那我就用人海戰術來快收集數據,及時反饋.在美國的彭之旭等項目組就相當于cad運算核心,國內的支援團隊就等于判斷程序和數據吞吐接口,技校的那批學生充當著數據庫的功能.
而且他們都是活生生的人,有自我意識,自我判斷,具有主觀能動性.
郭逸銘給了他們一個思路,他們立即能領悟其中精髓,在實施中不斷自我完善.就好比一台大規模的人力級計算機……,不,不只是被動處理數據的計算機,而應該稱之為能自我適應作出應對的——智腦!
結果,他們這套腦體系,在微處理器設計中先拔頭籌,跑到了dec開小組前面,率先拿出了成熟的設計方案.
這次為了處理器設計而進行的大量電路實測數據,也為他們未來開專用電路設計芯片儲備了寶貴的數據資料.
當然,這其中,dec的技術支持也功不可沒.
dec搞了幾十年的處理器研,各種功能電路在不同專業領域的運用,已經非常嫻熟.哪種電路效果最佳,哪種電路運用面最廣,各種電路集成後的相互干擾,排除……,等等,都有著自己的獨到之密.沒有dec給與的技術支持,彭之旭他們不花上幾年做研究調查,馬上就動手設計相關電路根本就沒有實現可能.
1o月21日,西部計算機第一款個人計算機設計正式定稿.
彭之旭等幾十名工程師日以繼夜,奮戰了一個半月時間,終于拿出了這款微處理器的設計圖紙.望著這堆由數百張電路圖組成的龐大設計圖,他們在疲倦之中,也露出了欣慰的笑容.
這是一款獨一無二的處理器!
它不是傳統的複雜架構型,也不是現在呼聲高漲的精簡指令型.它,既包含了精簡指令型的基本特征,核心指令只有十幾條,也擁有複雜架構型多達數十條的各種外圍指令,但並不包括目前各公司開的所有指令.
整個處理器不是一個,而是兩枚!
一塊精簡指令的核心微處理器,一塊包含大部分複雜指令的協處理器,兩者采用並行計算電路合二為一,才構成一個完整的處理器系統.
這種天馬行空的想象力,就是領受郭逸銘指示,負責具體開的彭之旭等人也是贊不絕口.
這種思路,真是……
真是怎樣,他們一時想不出,但他們隱約覺得,在當前複雜架構和精簡指令激烈沖突的時候,這種混合架構或許確實才是最佳解決辦法.這種解決方法看似是在和稀泥,但實際仔細分析下來,才可以看出,它確實做到了采兩家之長的設計意圖,將處理器硬件性能揮到了極致!
複雜架構和精簡指令爭執的核心,在于指令長短.
早期核心指令功能不複雜,所以指令本身也很簡短精煉,就例如一個加法指令,再長也有限.但隨著半導體展,各領域又熱衷于開自己的專用指令,將一個個原本精煉的指令組合起來,形成了一個龐大的複雜函數體系.
複雜指令,為它設計的名稱代號同樣簡單,但這只是為了編寫程序的人方便識別,其本身運算內容卻極其浩大繁雜.
現行的處理器,都是處理完一條指令,才能處理第二條,後面待處理指令只能排隊等待.如果每一條指令都長,那後面等待的時間就會很久.等久點也沒關系,關鍵是每條指令調用的電路並不一致,有些運算同時調用不同功能電路,這很好,不占用時間.但有些複雜指令反複調用某一熱點電路,熱點電路負荷運轉,其他電路卻空自等待,不能做其他事情,白白浪費了處理器硬件架構.
打個比方.
全校集合,一個班級的同學從大門出去,如果班上的人越多,出門所花的時間自然也就越多.如果在出門時大家還打打鬧鬧,有幾個人爭搶著要先出去,這幾個爭搶的人長時間堵在門口,後面的人想走也走不了,全班趕到操場集合的時間便會拖延更久.
複雜指令效率低,就低在這里.
在郭逸銘的協調下,大家采用了雙處理器,並行運算的設計思路.
核心處理器采用精簡指令方式運算,那些調用效率最高的電路集成在這塊芯片上,基本滿足了8o%的運算要求.核心處理器處理的數據指令短,無堵塞,效率自然就高,度也就更快.而另一塊協處理器卻集成了另外17%,調用率較低的電路,如果恰逢用戶這方面的需求,也可借用協處理器輔助運算.
協處理器的運算,不影響核心處理器,雙方各算各的.如果恰好同時運用到兩個部分,兩部分處理器各自運算完畢,經由並行處理電路綜合彙總,得出最後結論,度也快于單純的複雜架構處理器.
最後3%的功能電路,則被做成了程序形式,保存在磁盤中.
程序按照處理器運算效率,將這些複雜的運算轉換為一個個長長短短的指令,分別交由主處理和協處理器同時運算,集中得出結果.這類特殊指令需求量稀少,大多數用戶都用不上,有沒有對他們而言無足輕重.對于那些有需求的用戶,少了這些指令也不會特別難受,實在要用,程序軟件處理雖然稍慢一點,但本身調用次數也不是很多,基本可以忍耐.
處理器設計的重心,就在于並行處理.
彭之旭等人對微處理器有些陌生,但對並行計算那是太熟悉不過了.國內的大型計算機,計算機,哪個不是並行計算.
並行計算,說穿了就是將計算機寶貴的硬件資源充分利用起來,將一個複雜的科學計算分成一個個小片斷,經由計算機不同電路,同時進行運算,最終彙總得到結果的處理方式.
國內的計算機很少,為了讓這些珍貴的計算機揮出最大效率,基本上所有的計算機都采用了並行式設計,以滿足各科研單位的最大需要.
正是因為這個思路是如此巧妙,卻又如此簡單,算是滿足了兩方的意見,而並行處理恰好是彭之旭等國內工程師們的長項.所以當郭逸銘提出這個解決辦法,眾人當即一拍而合,迅接受了這個框架,以此來設計公司的第一款微處理器.
郭逸銘的構思並不出奇,他只是利用現成的技術,將運用于大型計算機的並行處理技術,移植到微處理芯片上,以揮硬件更高處理效率而已.但這個思路,卻給如何處理複雜指令與精簡指令之間的沖突,提供了一個巧妙的解決辦法,將兩者水火不相容的對抗,各采所長,融為一體.
在提供技術支持的dec工程師看來,這可能就是東方式思維的結果.
西方思考問題非此即彼,複雜架構和精簡指令吵了這麼久,大家都沒想過,是否可以將兩者的長處結合起來,走第三條路.
也只有中國人,才想到將兩者融為一體.
但dec方面對這個思路並不看好,奧爾森在得知了西部計算機公司的設計思路後,對此大加嘲諷,認為這等于拋棄了兩者的優勢,屬于一種極其愚蠢的設計,必然不會被市場所接受.由此,他也放下了對西部計算機公司試圖插足個人計算機領域的擔心,放心大膽搞他那三款個人計算機研,對郭逸銘他們不再關注.
郭逸銘對奧爾森,dec方面的看法不為所動.
這種思路並不是他憑空想象出來的,而是後世展的必然,他只是將這個過程提前了而已.
英特爾公司研的x86架構處理器,是一種複雜指令處理器.它的性能其實並不是最好的,但能在後來大行其道,幾乎統一個人計算機市場,除了有抱上了IBm這根粗大腿的原因,其芯片集成的指令,基本滿足了市場各層級客戶需求,也有很大關系.
在這個時代,半導體已經開始爆炸式展,但還沒達到量變產生質變的效果.
芯片集成度還有限,價格還很高.如果不用複雜指令的通用芯片,采用精簡指令芯片,運算交換數據時所需的大容量高存儲器,也就是半導體存儲器,是絕大多數小型公司,普通個人所無法承受的.
也因如此,甚嘯塵上的精簡指令在八十年代,和英特爾等堅持複雜指令架構的計算機公司爭鋒一場後,最終還是被淘汰,不得不黯然退出廉價個人計算機市場,轉戰服務器這個高端客戶群體.
英特爾公司雖然最終戰勝了對手,卻也不是傻子,他們之所以要對精簡指令處理器趕盡殺絕,無非還是為了爭奪市場份額.他們對于精簡指令的優點同樣看在眼里,並組織了技術力量持續不懈地予以研究.
等到對手轟然倒下,他們便于兩千年初迅出擊,試圖拋棄臃腫到無法負荷的x86架構,吸收了精簡指令計算機的優點,拿出了一款名為安騰的新型處理器,希望一舉統一個人計算機處理器市場.
可世事無常.
他們得意洋洋拿出來的安騰在技術上確實領先,可他們在拋棄x86體系的同時,也等于拋棄了原來的所有用戶!逼得這些用戶作出選擇:是繼續使用原來的x86計算機,還是跟著英特爾一條道走到黑,選用新的安騰處理器.
x86價值數千億的龐大市場對此給出了答案.
滾你的吧!
你英特爾不生產x86架構計算機了?
不做就不做吧,無所謂!
你不生產還有amd,還有VIa,你不做有的是人來做!
全球的用戶使用x86架構計算機,已經用了十幾二十年.所有的硬件設備,應用軟件全是為這種體系所設計,一旦選用新的安騰體系,原有軟件等于全部報廢.哪怕那些支持安騰處理器的廠商,在面對客戶群冷漠的反應,並開始轉而尋找其他x86處理器供應商的時候,他們也毅然拋棄了英特爾,迅回到x86架構體系下來.
英特爾的計劃遭到市場迎頭痛擊,慘遭失敗,他們這才明白,從來都不是他們在領導潮流,而是潮流自己在選擇市場需要的產品.不一定要最先進,但必須能滿足最多客戶需求.
應該說,英特爾的反應是極快的.
他們只堅挺了一年多時間,在面對市場份額快下滑的情況下,痛定思痛,重新回到x86架構.憑借著英特爾強大的技術實力,迅從趁隙而入的amd手中再次搶回個人處理器老大的寶座.
但他們也沒有完全放棄精簡指令架構,而是換了一種方法,吸收其技術精髓,小心翼翼嘗試著與x86架構相結合.
從這個時候起,兩種架構開始漸漸融合.
郭逸銘無需要經過幾十年市場檢驗,在經曆遍體鱗傷後才明白這個道理.他沒有標新立異選用精簡指令架構,但也沒有完全采用束縛處理器性能隨半導體技術展,飛提升的複雜指令架構.他一步跨過英特爾用二十年時間,撞得頭破血流後才領悟的真諦,從一開始就嘗試將這兩種架構融合起來.
哪怕技術尚有諸多缺陷,但他對這條路的正確堅信不疑.
在成熟用戶市場尚未確立的初期,他卻有著後者的先見之明,他堅信自己將無往而不利!
彭之旭等人受他影響,信心也為之高漲.
但要讓這款設計變為現實,最後還有一個問題.
即便采用了雙芯片設計,核心處理器集成度為6ooo余個元器件,比英特爾的8o8o略低,國內目前的半導體加工工藝尚足以勝任.然而,固化調用率較低的電路的協處理器,集成元件仍達到了將近八千,這個集成度,過國內現在最大的元器件集成能力近三分之一.
這個難題,他如何解決?
眾人拭目以待.