微處理器的設計已經定型,接下來就是制造出一批試驗型芯片,以驗證設計是否正確,並在實際測試中,修正其錯誤之處,對其內部電路作進一步優化設計.
眾人也等著,看他如何解決協處理器多達八千的元件集成問題.
郭逸銘不慌不忙,也沒有什麼特異的舉動.
他把試制工作交給了集成電路室主任萬洪,自己抓起了處理器廠房建設,一口氣從市委要到了二十畝地.在美國方面專業請設計公司,設計了一套達到cmo工藝標准的淨廠房方案.他在核實過設計方案以後,對淨廠房的建設材料,從更衣間,緩沖間,預處理室,設備間,生產車間,都提出了詳盡的要求.
要求地板采用水泥自流坪,表面敷設防靜電pVc地板;門窗要求使用鋁合金型材;通風管道需要使用鍍鋅鋼板,指定厚度要在o.5到1毫米之間……,甚至對儀器櫃把手都有要求,必須是防靜電,耐腐蝕塑料把手.
事無巨細,都標注得明明白白.
集成電路室主任萬洪接到試生產任務,很是緊張,這是公司傾力研的產品,就這樣說都不說明一下,便直接交給他試制,他實在是心中不安,于是主動找到郭逸銘,向他請教試制過程中的關鍵技術要求.
"這樣啊……,那好吧,我就隨便說幾點."郭逸銘本待讓他自己做主,但既然他尊重自己,他也決定說兩句,"這個試制呢,就是看看處理器的電路設計是否正確.雖然前期通過人力輔助設計,對其電路進行了實際測試,但那畢竟是線導微電狀態下的測試,可以作為參考,但可能會與實際產品有所出入.具體的最終效果,還是需要通過試制樣品來實際測試.另外呢,電路在封閉的集成電路中有哪些表現,電路之間是否會有干擾,過熱等等,也是需要注意的……"
他掰著手指,一五一十給萬洪解說起來.
萬洪聽得哭笑不得.
他幾十歲的人了,搞集成電路制備也有三十多年的實際工作經驗,這些基礎的東西需要郭逸銘教給他嗎?這種瑣碎的廢話,還不如不聽!
"郭總,是這樣的,我是想問問,這個試制過程中,有沒有什麼特別需要注意的,比如說工藝流程啦什麼的,有沒有訣竅或是特殊的技術解決方案……"他趁郭逸銘說得口干,端起茶杯來解渴,趕緊把他要問的重點說出來,堵住對方的嘴,別再讓他繼續滔滔不絕.
"特別需要注意的?沒有哇!"郭逸銘訝然,給了一個讓萬洪吐血的答案,過了幾秒鍾才一拍腦門,"對了,是有個事情我忘記說了……"
"是什麼需要注意的重點?"萬洪激動地問道.
郭逸銘一力主導的微處理器研,考慮到國內現在的半導體加工能力,把處理器一分為二也算符合實際.偏偏他在協處理器上,卻依然集成了近八千個元器件.萬洪一看到這個設計就懵了,打死他,也沒法把這麼多元器件集成在一個芯片里啊.
因為這是郭總堅持下的結果,所以他認為郭逸銘一定有解決的辦法,要不然這個設計就太輕率了.
郭逸銘笑哈哈說道:"我要說的是,現在只是試制階段,所以主要是通過實際產品,來檢驗一下電路設計是否達到要求,有哪些需要改進的地方,並不需要你們拿出最終產品.所以呢,你們也別局限于一塊芯片里一定要集成多少元器件,只要把電路做出來就好了,該占多大就是多大!這東西本就沒有一定之規,只要做出來就好."
萬洪當即木在當場.
集成電路的確誰也沒規定必須要多大,但為了方便比較,通常都會用同樣型號的產品作為參考.萬洪他們比較的對象,就是8o8o處理器.
8o8o芯片內部矽晶元尺寸是2o989x225o微米,也就是兩厘米多一點,在這個晶元區域內,集成了5ooo個晶體管.
萬洪等人就是以此作為標准計算.以現在國內的半導體工藝,最多能在同樣尺寸內集成6ooo左右的晶體管,這才感到焦急,跑來向郭逸銘問計.誰知道對方給他這樣一個讓他啼笑皆非的答案.
能做多大就做多大,這是什麼解決辦法!
尺寸放大,不僅僅是代表集成水平低,還會因為晶體管的尺寸過大造成功耗加大,熱輻射增加,因為線寬的增加造成信號延遲,降低處理器性能等等一系列後果.哪里是一句想做多大就做多大的!
放到公司來說,采用這種擴大尺寸方法制造出來的處理器,必然會比英特爾同樣集成度的微處理器性能差得多!而且本來一片矽晶元上,原來可以同時制備二十片核心電路的,現在可能就只能做十六,七片,因而造成單位成本大大增加.
郭逸銘這樣的回答,可以說是不負責任!這和國內領導拍腦門作決定有什麼區別?
還講不講科學了?
萬洪不是可以隨便糊弄的人,頓時臉就沉下來,對他的回答很不滿意.
郭逸銘看他有些火了,連忙說:"萬教授,不是我不提什麼要求,而是現在只是拿出樣品來,所以無需考慮實際生產.如果光靠我們現在的設備,我就是提了再多的要求,你們也做不到.何苦呢?而解決芯片制造,正是我在做的事情,現在才正在籌備階段,八字還沒一撇,能不能順利解決,也還未知,所以沒有必要那麼高調,嚷嚷得全世界都知道!"
他的這個答案,萬洪還是認可的.
國內的光刻機,晶體外延生長爐等關鍵設備制造能力的確有限,公司要考察了國內的具體制造工藝,才能有所針對的拿出一套提高集成電路生產的合理方案來.現在考慮最終定型的微處理器產品關鍵工藝,的確屬于無的放矢,浪費表情.
萬洪走了,既然最終定型生產工藝暫時不需要他考慮,那他就只需把微處理器設計圖紙,化為試生產樣品就行了.
說起來這也不是簡單的事.
他先要布圖,將電路圖轉化為掩膜,在矽晶片上塗抹光刻膠後用紫外光制出電路圖,用物理和化學方法沉積生成電路,晶體管,電阻等各種元器件.而且因為每次只能制造同一種元件,所以以上步驟要重複十次左右,每次都必須非常精確,保證各種元件連接正確.
此外他還要考慮很多東西.
比如這是樣品,那公司在定性時到底以品質為主還是以成本為主?萬一要求以成本為主,卻拿最佳品質樣品作參照,這個成本他是絕對降不下來的.如果以品質為主,那制造成本,批量制造數量也就不在他考慮之內,好材料,好設備,複雜技工工藝等等,什麼好他就上什麼.
要求不同,制備的工藝也不同.用化學蝕刻難以精確控制,但要求低,成本低,能夠快大批量生產.用離子沖擊,精度高,但設備也貴,成本高……,等等這些需要考慮的要素還很多,可郭總又不給他一個總綱式的前提要求,全靠他自己判斷,這實在是有些難為人.
真狠起來,實驗室少量制作cmo集成電路他也不是做不來!
到時候公司要以這種芯片為標准,那他只有卷鋪蓋走人!
他和實驗室的同仁們經過討論,還是決定按照成本最優化,品質最優化,均衡型,一共試制三款共九枚處理器.因為處理器內含核心處理器和協處理器兩部分,核心處理器略小一點,協處理器稍大一些,大致等于占了兩只集成電路芯片尺寸,九枚處理器恰好占用十八個芯片尺寸,正好將一片矽晶元利用完.
樣品制造並不需要多長時間,二十來天時間,他們就拿出了第一批九枚處理器,接下來就是第二批,第三批,第四批……
樣品制造出來,這只是工作的開始,接下來還有緊張的測試工作.
他們要通過專用測試儀通過數據接口向處理器內輸入各種算法,測試芯片各相關電路是否做出正確反應,要測試芯片各接口電路是否工作正常.整個處理器內大大小小的電路,他們都必須一一測試到位,不敢有絲毫疏忽.
基本的響應測試完畢,接下來是更加嚴格的圖形測試.他們要編制圖形程序,測試處理器對複雜數據的運算.這種測試,既有測試儀隨機生成的圖形,也有人工錄入的複雜圖形,還有通過程序運算產生的圖形數據,每一項都要求完全正確.如果有一項數據不對,他們都需要重新尋找原因,看是芯片制作過程中出現的問題,還是電路本身設計問題,並及時修正.
一忙起來,萬洪就忘了別的事情.
在測試過程中,他們體會到了孕育一種新型處理器誕生的快樂.
這種新型處理器,世界上還屬創,從來沒有過類似的產品,這種創造曆史的快感,一直激勵著他們全情投入.
他們也確實為這款處理器優異的性能而感到震驚.
說起來,他們最初對這種混合型並行處理器並沒有抱有多大期望.畢竟國內的半導體制造工藝相對落後,哪怕采用了精簡指令集來加快運算效率,將處理器硬件功能揮到極限,他們還是沒有太大信心.按他們的估計,這種處理器實際性能應該不會太高,充其量就比8o8o略高一點,絕對要遠遠遜色于8o88.
畢竟pmo工藝,那是遠遠不如cmo工藝,這是硬件上的絕對落後.
可實際測試過程中,他們被這款混合並行處理器所表現出來的優異性能所震撼.就拿編號3-2成本/品質均衡型樣品為例,各種精簡指令程序運算是那麼的快,快到讓他們要反複觀看測試結果和測試儀器,並多次對測試儀進行檢查,以為是儀器出了故障.
編制一段複雜的科學計算程序,並以英特爾新推出的采用cmo工藝制造,集成2.9萬個晶體管的8o88為對比對象,兩者同時運算這段程序.
測試結果令他們震撼.
科學計算結果,混合並行處理器越8o88百分之三!
混合並行處理器以微弱優勢領先!
問題是,混合並行處理器的加工工藝遠遠差于8o88,這個結果就太可怕了!
一個是6ooo元器件集成度,一個是29ooo元器件集成度,雙方就不在一個水平線上,結果最後測試結果居然還是工藝落後一方獲勝.
他們實在無法接受這個結果.
在對兩款處理器運算方式進行更加詳細的對比研究後,他們恍然大悟:在短小指令的運算中,8o88略占優勢,硬件性能的優勢還是揮了作用.但在對一段包含各種指令的大型程序進行運算中,長指令大幅占用8o88處理器硬件,大量的指令長期處于排隊等待狀態.反而是混合並行處理器采用了並行運算,協處理器在運算長指令的同時,並沒有耽誤核心處理器對精簡指令的處理,兩部分運行度一綜合,最終結果就造成混合並行處理器反而越8o88,略微提前完成整個運算.
真是不比不知道,一比嚇一跳.
難怪國際上大批科學家在對兩種處理器進行分別研究後,齊聲呼籲希望大力展精簡指令集計算機,其處理器硬件利用效率確實比複雜架構型處理器快得多!
這還是采用了混合並行處理,有一個包含複雜指令集的協處理器在拖後腿.如果沒有協處理器,想來運算度還會更快.
計算一下,在同等工藝水平下,如果說精簡指令集處理器運算效率是百分之九十,那麼複雜架構性處理器只有百分之七十,可能還不及,優勢非常明顯.
萬洪等人心頭火熱.
他們在反複測試,完成了公司交待的混合處理器所有相關試制,測試,定型工作以後,大量的測試工作,讓他們更加確認了精簡指令集對比複雜指令集先天上的優勢.他們想想公司交待的任務也完成了,一時按捺不住心中的沖動,也不向上請示,就私底下搞起了精簡指令集處理器的研工作.有著前期彭之旭給他們打的底,混合並行處理器只需局部修改,去除協處理器部分就是一款經典的精簡指令集處理器.又有著技校學生提供的翔實測試數據,加上他們自己就是搞集成電路設計的,一群人興致勃勃繪制了精簡指令集處理器的設計圖紙,電路圖繪制,掩膜制造,光刻,電路沉積,晶體生長,封裝等一系列工作.
等到郭逸銘忙完了廠房建設,設備定制安裝,時間都到了81年的2月份.
他很是奇怪.
樣品的試制,測試,定型工作都交給萬洪他們四個月時間了,怎麼一點反饋消息都沒有?處理器的試制是否順利?性能是否滿足了最初要求?測試中是否查找到了設計中的缺陷?他們是如何改進的?產品是否最後定型了?
這些問題,萬洪等人居然一點也不向他彙報.他也是忙得暈了頭,都沒想過向他們了解情況.
于是,他找來萬洪打算聽取對樣品的測試報告,結果被嚇了一跳,沒想到他們居然在完成處理器設計定型以後,私底下又偷偷摸摸搞了一款血統純正的精簡指令集芯片.
"你們這真是……真是……,"郭逸銘不知道該說什麼好,一個勁地苦笑,好容易才想出一個詞,"不務正業!"
"這哪里是不務正業!混合並行處理器的定性工作我們保質保量完成了!為了獲得更多測試數據,我們還一共制造了十二批九十八枚樣品.測試的數據都堆成山了.就是在研究精簡指令集處理器的時候,我們也沒有放棄對公司研新型處理器的測試,經過四個月的時間,我們一共檢測出六百零八處錯誤.其中屬于電路設計的錯誤有三百七十二處,集成電路制造中造成的損壞一百五十六處,因為測試程序編制錯誤等原因造成的誤判錯誤有四十九處,還有其他原因造成的錯誤三十一處.所有現的錯誤我們都詳細記錄在案,並查找到錯誤生的原因,加以解決.為了驗證我們的解決方案正確,又加制了七個批次的處理器,在最新三個批次的樣品中,已經確認當初的錯誤都得到了解決……"
萬洪被他一句不務正業給激怒了,掰著手指將他們辛苦工作的成績曆數給他聽,並從沉甸甸上百公斤的測試數據里,嘩啦嘩啦翻檢出當時的測試報告,指給他看.
"好吧好吧,是我口誤了.我不是覺得你們沒有做好工作,而是覺得現在花大力氣去研精簡指令集處理器還為時尚早.你們既然已經在這方面作了些工作,就應該很清楚這種處理器的優劣之處."
郭逸銘被老頭子認真的精神給打敗了,也嚴肅地給對方解釋起來:
"不錯,精簡指令集對于標准字長的指令處理度很快.如果所有程序將長指令都預先劃分為一個個標准字長指令,像流水一樣綿延不絕,確實可以大大加快程序處理度,最大限度揮處理器的硬件效率.
然而精簡指令集的缺點也正在于此!
一個複雜的長指令劃分得越細,為了執行這個指令,所需要的高大容量半導體存儲器就越大.這是無法承擔的額外成本開支,用戶很難下定決心掏這一筆錢.
還有一點你別忘了,現在的複雜指令,已經需要龐大的高緩存器來寄存數據.未來的複雜指令會更加繁複,需要的高存儲設備會更多.半導體技術雖然也在展,但你永遠不能讓這兩者處于絕對平衡,需求總是快于供給.其必然的結果,就是誕生一種度快,但價格昂貴的專用計算機,我個人將之稱為服務器,但絕不可能用于對價格極其敏感的個人計算機.
服務器我們也會做,但不是現在.
這些硬件問題都解決了,你還解決不了軟件問題.一個複雜指令集程序,編織起來可以直接通過指令調用處理器內部電路進行複雜運算,程序員雖然要求對程序內涵非常了解,但就編制程序本身而言,並不困難.
但精簡指令集就慘了!
精簡指令集只有最簡單的十幾條常備指令.
你算1+1很容易,可你要算2o+2o,卻又沒有2+2這個指令,你的程序就必須按照1+1+1+1這樣編制.看似簡單了,可大量重複的工作,枯燥到讓你想瘋!2+2尚且如此,我讓你編制一個2o的2o次方……,我敢說我只要敢提這個要求,你可能直接就吐我一臉口水——相信我,一個寫碼民工的痛苦,我比你清楚,那是真的痛不欲生!"
萬洪瞪著眼睛聽了半天,末了問了一句:"寫碼民工是什麼?"
郭逸銘一時語塞,只有無力地揮揮手,讓他離去.
寫碼民工……
唉,那是世界上最悲慘的工作了!
他想像中,某個後世的寫碼民工,蓬頭蓋面寫一個月的精簡指令集程序代碼,最後終于忍無可忍,抬起頭來大吼一聲:"是哪個狗娘養的明了精簡指令集計算機,老子已經一個月沒有見陽光了!",不覺就打了一個冷戰.
精簡指令集計算機很好,但在沒有開出方便編程的高級程序語言之前,還是暫時不要拿出來禍害人吧.