【感谢网友sunny,人力辅助电路设计创意,由他提供,对帮助主角快速研发微处理器提供了合情合理的依据,在此表示诚挚谢意!
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ComputerAidedDesign,意即计算机辅助设计,取首字母缩写为CAD。
CAD技术不是什么新鲜玩艺儿,作为最高等的人类文明,就是一部创造工具、利用工具的历史。自46年2月第一台计算机诞生之日起,人们就开始尝试使用计算机为现代工业服务。经过十多年摸索,到五十年代后期,计算机辅助人类设计工业产品的运用逐渐成型。
最初大家采用点、线方式,通过计算机进行二维图形计算和表达。当法国人提出了贝塞尔算法后,曲面运算也成为可能,CAD开始由二维图形向三维迈进。
但受限于这个时代的计算机技术,要进行三维空间的超大规模数**算,只能动用超级计算机,成本极其高昂。
到目前为止,除国防科研等国家财力支撑的项目外,也只有石油、化工、飞机、汽车等大型公司、财团才用得起。在计算机设计中还从未有过先例,就连蓝色巨人都还未进行这方面的尝试。
不过郭逸铭自后世穿越而来,又岂会受这些条条框框的限制!
CAD设计多方便,他如果不知道也就罢了,用过了计算机辅助设计,用鼠标将相关的线路、元件一结合,计算机自动进行运算,告诉他电路设计是否错误,并点出错在何处,当场就可以作出修改。一个超大规模芯片设计,也用不了两三个月。
所以当他决定开始研发微处理器,第一时间就想到了CAD设计方式。
当然,在这个时代要实现CAD,困难不是一般的大。
电**算需要专门的电路,通用处理器中固化的相关指令稀少,运算速度达不到要求;没有专门为电**算开发的设计程序……
这都没什么,慢慢磨,也能磨出来。
关键是没有相关数据!
计算机本身是个死物,它是没有思维的。人类给它一个电信号,它就按照内部线路运算以后,还以一个电信号。没有各种电路实测数据,你就是画了一个电路出来,它也不过是一堆点和线构成的几何图形,没有任何意义。只有丰富的电路实测数据作为参照对比,经过各种电**算程序运算以后,才是一个完整的CAD功能程序。
郭逸铭经过仔细思考,消化了CAD的根本核心,实施了这次人力辅助设计方案:既然没有实测数据,那我就用人海战术来快速收集数据,及时反馈。在美国的彭之旭等项目组就相当于CAD运算核心,国内的支援团队就等于判断程序和数据吞吐接口,技校的那批学生充当着数据库的功能。
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。