《大国芯工》第一四一章 最终方案

    Intel的奔腾处理器，带来两个技术概念，一个是超标量，允许CPU在一个周期内执行两个指令。
    另外一个就是深度流水，就是把一条指令分成多步执行，奔腾处理器的流水深度达到十四级，发展到奔腾四处理器的时候，流水深度已经达到二十多级。
    超流水技术在提高性能和主频上，有着显著的作用，但也不是没有缺陷。
    其中最大的缺陷就是，超长的流水面临执行效率的低下。
    这也是奔四时代，同主频的Intel奔腾四处理器，往往被和其频率相似的AMD速龙处理器摁在地上摩擦。
    而超线程可以完美解决这个问题。
    在这个主频至上的年代，华芯科技的CPU想要在市场上打出名头，自然在主频上有所考虑。
    而提高主频只有两个办法，一是提高制程，二是提高技术。
    制程上，华芯科技没得选择，只有在技术上想办法。
    王黯然的解决办法是，首先在CPU的指令集上，大量采用RISC精简指令，因为计算机每一条指令都需要额外的晶体管和电器元器件，而大部分复杂指令可以有多个精简指令组合而成，在效率和性能上选择好平衡点。
    其次就是选择超流水技术，华芯科技的第一代CPU的流水设计为18级，设计频率为200Mhz，自然也存在流水线执行效率不足的缺陷。
    这款CPU的原本设计的技术指标，浮点，整数等计算，已经不弱于世面上奔腾处理器。
    加上超线程技术，王岸然对模拟的结果很是期待。
    不过事实给了他一道响亮的耳光。
    EDA模拟测试结果显示，smt超线程技术没有给CPU带来显著的性能提升。
    花费10%数目的晶体管搭建，只带来10%左右的性能提升，这已经是鸡肋般的存在。
    华芯科技没有必要为了这10%的性能提升，爆出如此重要的技术。
    王岸然分析原因，应该是十八级仍然没有发掘完ilp流水的潜力，而且这个时代的CPU设计，受限于晶体管的数目，本身的闲置资源也是有限。
    那问题来了，这10%的晶体管加到哪里。
    这对于王岸然这样的大师来说，根本不是什么问题，提升CPU性能的方法很多，适用这个时代的才是最好的。
    最终的解决方案就是，王岸然把AMD运用成熟的tage分支预测算法加入到新款CPU当中。
    分支预测的目标就是，在CPU处理进程，发生分支时，提前存储在分支目标的缓存区当中。
    而分支算法的精髓就是，猜测指令流的路径。
    那么问题来了，若是猜错了怎么办？
    猜错了解决的方法很简单，那就是再猜，一直到猜对为止。
    但带来的后果是很明显的，进程停滞，CPU执行效率低下，用户的体验就是电脑卡顿。
    所以，一个优秀的分支预测方法在CPU执行效率上，往往对性能有巨大的提升。
    ……
    付炎是科院培养的研究生，在剑桥大学微电子专业拿的博士学位，还在德州仪器欧洲研究所呆过三年时间。
    这是华芯科技花了大代价挖过来海龟人才。
    付炎在计算机算法上有很深的造诣，在国内外很多重量级刊物上发表过文章。
    原本以为来到华芯科技，也是大材小用了，没想到一进来就进入CPU事业部。
    华芯科技竟然有这样的野心？
    作为中国人，付炎跟你大多数人一样，有着一颗中国芯梦。
    可华芯能做好中国芯吗？
    三天之后，付炎从怀疑转为肯定和惊叹。
    从指令集，到CPU架构设计，华芯科技有着非同寻常的底蕴。
    这还是一家初创公司吗？从开始几十号人，到现在也不足200号人，竟然能撑起CPU设计的大任？
    而付炎在这里，也可以发挥出他数学算法的专长。
    不过今天他算是见识了，自家这位传奇创始人的手段。
    简简单单的变换了预测表更换的策略，再添加了几个预测的策略，整个预测的精准度提升了30%。
    王岸然摇摇头，这可是他借鉴别人的成果，没什么值得夸耀的，一个预测表策略的优化，那是集中了数十代处理器技术的发展，数万科技人员智慧的结晶，要知道tage分支预测算法，那是得过四项国际大奖的。
    相比于原版的，在华芯科技集成的CPU分支预测算法只能算是阉割版的，这没办法，原版的算法要完整实现，300万晶体管都不够。
    而王岸然的低调在付炎严重，成了深不可测的意味，在让他高傲的自尊心受到打击的同时，也让他沉下心来，继续做完下面的事。
    “付教授，想让分支预测有更好的施展空间，对分支预测表的宽度，以及预读取的数据容量有更高的要求，在CPU缓存之下，有必要再设计一道二级缓存。”
    付炎摇摇头，说道：“好是好，但技术上行不通，二级缓存需要总线另外分配带宽，事必影响CPU与内存之间的通信。
    再加上sram高速缓存不光成本高昂，所占的芯片面积也将是个问题，我们将没有足够的晶体管来实现其他的功能。”
    王岸然摇摇头，越是高精的人才越容易被常规思维限制住想象。
    Intel是行业霸主不错，但也犯过在奔腾三时代，为了不让规模巨大的sram缓存占用有限的CPU核心面积，“创造性”的将CPU二级缓存集成到CPU核心外面，造成CPU二级缓存只能以半速运行。
    结果就是CPU运行效率低下，性能孱弱，面对AMD同期的K6架构CPU，落于下风。
    “付教授，我们可以给L2缓存单独设计一套总线通讯总线，只不过需要2%左右的晶体管。”
    “重新设计一套总线？”
    王岸然点点头，继续说道：“二级缓存没必要用sram高速缓存，edram高速缓存也可以，加上128kb的L2缓存，性能值得期待。”
    付炎很惊讶，老板的思维真是天马行空，不拘一格，不过他还是把疑问提出来。
    要知道当今所有的芯片设计，还没有把edram作为CPU高速缓存的案例，华芯科技第一款CPU，有必要做第一个吃螃蟹的公司吗？
    “王总，这，edram真的可以吗？”
    当然可以了，这个时代虽然没试过，但在9102年，edram高速缓存已经是非常成熟的技术。
    王岸然很肯定的点点头，“不试试，你怎么知道不可以……”
    …………
    自己一开始就搞EDA设计软件，无疑是走对了最重要的一步，CPU设计在EDA软件的帮助下，很多疑难问题都变的简单。
    比如说，使用EDA软件，设计师不需要知道，在底层上晶体管是如何进行逻辑处理，他只需要将已有的逻辑门组成逻辑单元，再将这些单元设计成更大规模的计算单元。
    这无疑大大降低了设计的门槛和设计的难度。
    而底层工程师的作用，就是面对这些抽象逻辑门和逻辑单元，寻求更简便的晶体管和电器元件，将它们在物理层面上显示出来。
    这就像流水线，原来是作坊式设计，现在设计了两个流水，一个是设计CPU，一个是设计电路。
    在9102年，这个流水线还将深化成数十个设计门类，同样EDA软件的专业化类别也将提升。
    华芯科技现在正往这个方向发展。
    经过重新设计的CPU在EDA模拟测试中表现优良，比起200mhz加上单纯的超线程技术的性能，提升了37%。
    晶体管数目提升了16%。
    可以接受的范围。
    付教授指着测试结果说道：“王总，真没想到，加上L2缓存和分支预测，CPU性能竟然有这般提升，同频率下有近50%性能优势。”
    王岸然说道：“就是不能上到200mhz，有些遗憾啊。”
    CPU频率受到总线以及L2缓存的影响，200mhz的频率下发热将无法控制，但166Mhz下，加上良好的散热应该是可以的，这还要看流片生产出来之后，具体的测试情况才能知道。
    但即便如此，比起世面上最新款色奔腾586，133Mhz的频率，还是有很大的超越。
    看来，完全可以把Intel摁在地上摩擦……
    …………
    一个月后，王岸然重新回到公众的实现，对于华芯科技的CPU计划，王岸然已经有了决定。
    克拉克在第一时间联系到王岸然，在王岸然办公室，克拉克表示了他的忧虑。
    “王总，是否可以明确的告诉我，华芯科技已经决定进入CPU领域。”
    王岸然点点头。
    克拉克叹了一口气说道：“真是个令人失望的消息，王先生是想着拿投资人的钱试水陌生的项目吗？我对贵公司的CPU项目表示遗憾，这注定是不会成功的。”
    王岸然饶有兴致的说道：“克拉克先生，为什么这么说呢？”
    克拉克连解释都不想解释，三岁小孩都能看出的道理，你王总能看不明白！
    CPU如果真的这么好搞，为什么世界上只有Intel，amd，美年达，IBM等区区数家？
    “王总，如果贵公司执意进入CPU行业的话，高盛可能对贵公司今后的发展表示怀疑，这将对华芯科技的估值有重大影响。”
    王岸然喝了一口水，淡定的说道：“克拉克先生，万一华芯科技成功了呢！”