從一個(gè)微處理器強(qiáng)人的傳奇經(jīng)歷談本土處理器創(chuàng)新
他畢業(yè)于斯坦福大學(xué),在70年代末加入了在微處理器領(lǐng)域剛剛嶄露頭腳的intel,并參與了intel最尖端微處理器的研發(fā),隨后,在攻讀斯坦福大學(xué)電氣工程博士學(xué)位期間參與了RISC架構(gòu)的開發(fā),幫助創(chuàng)建了MIPS公司并擔(dān)任MIPS微處理器開發(fā)副總裁,之后他加入了EDA巨頭Synopsys公司,負(fù)責(zé)產(chǎn)品定義和以及IP復(fù)用戰(zhàn)略,在產(chǎn)業(yè)里打拼了近20年后,1997年,他終于有了自己的公司,他嘗試用一種新的產(chǎn)品來改變負(fù)責(zé)SoC的設(shè)計(jì),如今,他的這個(gè)新產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用到DoCoMo的4G手機(jī)、三星的3D藍(lán)光播放機(jī)、任天堂的游戲機(jī)、ATI的顯卡、HP的激光打印機(jī)等各種電子產(chǎn)品上。
這個(gè)富有傳奇色彩的微處理器領(lǐng)軍人物就是Tensilica公司現(xiàn)任CTO Chris Rowen博士,他發(fā)明的可配置處理器可以算是應(yīng)用最廣泛的通用處理器了。
現(xiàn)在很多本土IC都在開發(fā)“中國芯”,但是目前為止我們沒有一款真正自主架構(gòu)的通用微處理器,大名鼎鼎的龍芯采用的MIPS架構(gòu),其他一些所謂的中國芯處理器采用的要么是ARM架構(gòu),要么就是一個(gè)DSP器件,真正的通用微處理器從原理上解釋很簡單:就是一個(gè)執(zhí)行存儲器中指令的有限狀態(tài)機(jī),每條指令都規(guī)定了總狀態(tài)變化的特定方式以及指定隨后該執(zhí)行哪條指令??纯矗ㄓ锰幚砥髟砭瓦@么簡單,但是要開發(fā)一個(gè)真正的通用處理器難度卻是很大的。
難在哪里?指令集的定義,這個(gè)指令集要支持對程序員有用的功能,同時(shí)它的實(shí)現(xiàn)要盡可能有效,此外,這個(gè)指令集還應(yīng)使以后更復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)也有同樣的效率。所以,就連大名鼎鼎的蘋果也是購買了ARM的指令集后,才開發(fā)出了支持iPad的A4處理器。
可能很多人說,“我有能力開發(fā)指令集!”如果真是有能力那真是太好了,中國的微處理器未來就寄托在你的身上了,不過,設(shè)計(jì)處理器難點(diǎn)在于指令集設(shè)計(jì),但掌握了指令集設(shè)計(jì)并不意味就能設(shè)計(jì)出一個(gè)處理器來,設(shè)計(jì)處理器還牽涉到時(shí)序、寄存器、流水線、I/O、開發(fā)工具等等非常多的環(huán)節(jié),也不是一兩個(gè)人可以搞定的事情。
那是不是就沒辦法開發(fā)自己的處理器了,答案當(dāng)然是“no”!先讓我們從 Chris Rowen博士的經(jīng)歷看看開發(fā)處理器要具備什么樣的關(guān)鍵因素和條件吧。
一、 熱情
這是做好所有工作的基礎(chǔ),據(jù)說Chris Rowen博士在哈佛大學(xué)讀物理學(xué)專業(yè)的時(shí)候就對創(chuàng)新很有熱情,所以,70年代末他畢業(yè)就加盟了intel公司,當(dāng)時(shí)英特爾公司沒有今天的名氣,還屬于初創(chuàng)公司,開發(fā)出的8086處理器銷量也不好,Rowen Chris加入intel后就負(fù)責(zé)尖端處理器的開發(fā),在那里,他了解到了處理器幾何尺寸按比例縮小(geometrical scaling)的規(guī)律,促使他考慮處理器背后深層次的因素,也促使他在80年代初期離開intel進(jìn)入斯坦福大學(xué)學(xué)習(xí)更多有關(guān)電子器件的知識。
二、 機(jī)遇
機(jī)遇可以讓你發(fā)現(xiàn)通往目標(biāo)的一個(gè)捷徑,當(dāng)然可以讓你少走很多彎路,不過從來都是給有準(zhǔn)備的人,沒有在intel的工作和自己的思考,Chris Rowen也不會有這么的好的機(jī)遇,什么機(jī)遇?他在斯坦福大學(xué)遇到了一個(gè)年輕的助教--John Hennessy,他當(dāng)時(shí)正領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)小組研究處理器架構(gòu),這個(gè)John Hennessy,簡直太牛了,他后來當(dāng)了斯坦福大學(xué)校長,并是IEEE和ACM院士,還是美國國家工程研究院院士及美國科學(xué)藝術(shù)研究院院士。他因?yàn)樵赗ISC技術(shù)方面做出了突出貢獻(xiàn)而榮獲2001年的Eckert-Mauchly獎?wù)?,他也?001年Seymour Cray計(jì)算機(jī)工程獎得主,并且和本書另外一位作者David A.Patterson分享了2000年John von Neumann獎。
就是下面照片上的這位先生。
跟著這樣牛人你不牛起來都不好意思,所以很自然地,Chris成為其RISC研究團(tuán)隊(duì)的一員,正是他們發(fā)明了精簡指令集(RISC)的概念并沿用到今,現(xiàn)在名氣很大的ARM處理器采用的也是精簡指令集![!--empirenews.page--]
在這個(gè)研究項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,這群精英成立一家公司,叫Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages公司,大家可能不是很熟悉,但是都知道縮寫后的這個(gè)公司,就是MIPS公司,但是這是很牛的公司,開發(fā)了全球第一個(gè)64位處理器!引領(lǐng)了高端處理器的發(fā)展,Chris在這個(gè)公司負(fù)責(zé)邏輯綜合,后來升任研發(fā)VP,1992年,MIPS被歐洲SGI公司收購,讓Chris在歐洲接觸到很多強(qiáng)人,在歐洲他參與了超級計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目。
三、 堅(jiān)持
就是對自己的理想一直堅(jiān)持,終究你會有回報(bào)的。
由于對處理器情有獨(dú)鐘,1996年,Chris再次從歐洲回到加州,加盟了大名鼎鼎的 Synopsys 公司,負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)復(fù)用,這次的工作離的最后理想已經(jīng)很近了,在這里,他領(lǐng)導(dǎo)了對大規(guī)模IP模塊復(fù)用的定義,讓他領(lǐng)悟到目前EDA工具的缺陷和嵌入式SoC設(shè)計(jì)的不足。
傳統(tǒng)上,IC設(shè)計(jì)包含兩部分:芯片設(shè)計(jì)和開發(fā)環(huán)境的支持。
在IC開發(fā)完成后,應(yīng)用工程師用開發(fā)工具來定義cache大小、總線位寬、FPU單元、 DSP引擎、算法、中斷數(shù)量等讓處理器變成一個(gè)針對特定應(yīng)用的產(chǎn)品,Chris認(rèn)為可以把后續(xù)的工作移到內(nèi)核開發(fā)上,先定義這些,然后把這些需求融入到內(nèi)核開發(fā)中,讓開發(fā)出的內(nèi)核直接支持特定應(yīng)用!
這實(shí)際上是一個(gè)讓人人可以開發(fā)出不同處理器的愿景!他稱這個(gè)是“可配置處理器”,他相信這個(gè)處理器可以大大提升傳統(tǒng)SoC的設(shè)計(jì)效率!一個(gè)完整的可配置處理器工具集包括一個(gè)預(yù)先定義好的處理器核和一個(gè)設(shè)計(jì)工具環(huán)境,這個(gè)設(shè)計(jì)工具環(huán)境允許設(shè)計(jì)人員對基本處理器核進(jìn)行大幅度修改以滿足特殊應(yīng)用的需求。典型的配置形式包括添加、刪除和更新存儲器、外部總線寬度、總線握手協(xié)議以及公共的處理器外設(shè)部件。
1997年,承載他這個(gè)想法的公司終于誕生了,就是Tensilica公司,關(guān)于公司名字解釋起來很簡單,‘Silica’指‘硅’,‘Ten’指‘Tensile’,即可延展,二者聯(lián)合,剛好構(gòu)成了Tensilica初創(chuàng)時(shí)的理想——設(shè)計(jì)一款靈活、可擴(kuò)展的硅。
從誕生到現(xiàn)在,Tensilica的產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到第三代,也逐漸更適應(yīng)產(chǎn)業(yè)的需求,其可配置處理器已經(jīng)應(yīng)用到從游戲設(shè)備到家庭娛樂甚至PC、通信等各個(gè)領(lǐng)域,如今在嵌入式領(lǐng)域,用ARM+tensilica可配置處理器已經(jīng)成為很多高性能處理器的標(biāo)配,例如思科的一款芯片就用了200多個(gè)Tensilica可配置處理器,在Docomo的4G手機(jī)基帶芯片中也用了很多Tensilica的可配置處理器,可配置處理器在高性能芯片日益爆棚的今天終于找到了用武之地。
任天堂的游戲機(jī)也用到了Tensilica的可配置處理器
三星的全球首款支持3D的藍(lán)光播放機(jī)也采用了Tensilica的可配置處理器
我們相信Chris博士傳奇的經(jīng)歷一定給很多本土IC設(shè)計(jì)工程師以啟發(fā),在電子產(chǎn)品日益追求差異化的今天,我們?nèi)绾巫屪约旱奶幚砥髋c眾不同,如何用最合理的架構(gòu)來解決性能與功耗的矛盾?也許從Chris博士的經(jīng)歷和他的產(chǎn)品上我們就可以找到答案,令人高興的是,Chris博士將于5月26日來到中國,親臨上海浦東Tensilica技術(shù)研討會,與中國工程師互動!歡迎大家了解研討會的細(xì)節(jié)并積極報(bào)名,與微處理器傳奇人物零距離接觸!