大國芯工 第一四一章 最終方案

    intel的奔騰處理器，帶來兩個技術概念，一個是超標量，允許cpu在一個周期內執行兩個指令。

    另外一個就是深度流水，就是把一條指令分成多步執行，奔騰處理器的流水深度達到十四級，發展到奔騰四處理器的時候，流水深度已經達到二十多級。

    超流水技術在提高性能和主頻上，有著顯著的作用，但也不是沒有缺陷。

    其中最大的缺陷就是，超長的流水面臨執行效率的低下。

    這也是奔四時代，同主頻的intel奔騰四處理器，往往被和其頻率相似的amd速龍處理器摁在地上摩擦。

    而超線程可以完美解決這個問題。

    在這個主頻至上的年代，華芯科技的cpu想要在市場上打出名頭，自然在主頻上有所考慮。

    而提高主頻只有兩個辦法，一是提高製程，二是提高技術。

    製程上，華芯科技沒得選擇，只有在技術上想辦法。

    王黯然的解決辦法是，首先在cpu的指令集上，大量採用risc精簡指令，因為計算機每一條指令都需要額外的電晶體和電器元器件，而大部分複雜指令可以有多個精簡指令組合而成，在效率和性能上選擇好平衡點。

    其次就是選擇超流水技術，華芯科技的第一代cpu的流水設計為18級，設計頻率為200mhz，自然也存在流水線執行效率不足的缺陷。

    這款cpu的原本設計的技術指標，浮點，整數等計算，已經不弱於世面上奔騰處理器。

    加上超線程技術，王岸然對模擬的結果很是期待。

    不過事實給了他一道響亮的耳光。

    eda模擬測試結果顯示，smt超線程技術沒有給cpu帶來顯著的性能提升。

    花費10%數目的電晶體搭建，只帶來10%左右的性能提升，這已經是雞肋般的存在。

    華芯科技沒有必要為了這10%的性能提升，爆出如此重要的技術。

    王岸然分析原因，應該是十八級仍然沒有發掘完ilp流水的潛力，而且這個時代的cpu設計，受限於電晶體的數目，本身的閒置資源也是有限。

    那問題來了，這10%的電晶體加到哪裡。

    這對於王岸然這樣的大師來說，根本不是什麼問題，提升cpu性能的方法很多，適用這個時代的才是最好的。

    最終的解決方案就是，王岸然把amd運用成熟的tage分支預測算法加入到新款cpu當中。

    分支預測的目標就是，在cpu處理進程，發生分支時，提前存儲在分支目標的緩存區當中。

    而分支算法的精髓就是，猜測指令流的路徑。

    那麼問題來了，若是猜錯了怎麼辦？

    猜錯了解決的方法很簡單，那就是再猜，一直到猜對為止。

    但帶來的後果是很明顯的，進程停滯，cpu執行效率低下，用戶的體驗就是電腦卡頓。

    所以，一個優秀的分支預測方法在cpu執行效率上，往往對性能有巨大的提升。

    ……

    付炎是科院培養的研究生，在劍橋大學微電子專業拿的博士學位，還在德州儀器歐洲研究所呆過三年時間。

    這是華芯科技花了大代價挖過來海龜人才。

    付炎在計算機算法上有很深的造詣，在國內外很多重量級刊物上發表過文章。

    原本以為來到華芯科技，也是大材小用了，沒想到一進來就進入cpu事業部。

    華芯科技竟然有這樣的野心？

    作為中國人，付炎跟你大多數人一樣，有著一顆中國芯夢。

    可華芯能做好中國芯嗎？

    三天之後，付炎從懷疑轉為肯定和驚嘆。

    從指令集，到cpu架構設計，華芯科技有著非同尋常的底蘊。

    這還是一家初創公司嗎？從開始幾十號人，到現在也不足200號人，竟然能撐起cpu設計的大任？

    而付炎在這裡，也可以發揮出他數學算法的專長。

    不過今天他算是見識了，自家這位傳奇創始人的手段。

    簡簡單單的變換了預測表更換的策略，再添加了幾個預測的策略，整個預測的精準度提升了30%。

    王岸然搖搖頭，這可是他借鑑別人的成果，沒什麼值得誇耀的，一個預測表策略的優化，那是集中了數十代處理器技術的發展，數萬科技人員智慧的結晶，要知道tage分支預測算法，那是得過四項國際大獎的。

    相比於原版的，在華芯科技集成的cpu分支預測算法只能算是閹割版的，這沒辦法，原版的算法要完整實現，300萬電晶體都不夠。

    而王岸然的低調在付炎嚴重，成了深不可測的意味，在讓他高傲的自尊心受到打擊的同時，也讓他沉下心來，繼續做完下面的事。

    「付教授，想讓分支預測有更好的施展空間，對分支預測表的寬度，以及預讀取的數據容量有更高的要求，在cpu緩存之下，有必要再設計一道二級緩存。」

    付炎搖搖頭，說道：「好是好，但技術上行不通，二級緩存需要總線另外分配帶寬，事必影響cpu與內存之間的通信。

    再加上sram高速緩存不光成本高昂，所占的晶片面積也將是個問題，我們將沒有足夠的電晶體來實現其他的功能。」

    王岸然搖搖頭，越是高精的人才越容易被常規思維限制住想像。

    intel是行業霸主不錯，但也犯過在奔騰三時代，為了不讓規模巨大的sram緩存占用有限的cpu核心面積，「創造性」的將cpu二級緩存集成到cpu核心外面，造成cpu二級緩存只能以半速運行。

    結果就是cpu運行效率低下，性能孱弱，面對amd同期的k6架構cpu，落於下風。

    「付教授，我們可以給l2緩存單獨設計一套總線通訊總線，只不過需要2%左右的電晶體。」

    「重新設計一套總線？」

    王岸然點點頭，繼續說道：「二級緩存沒必要用sram高速緩存，edram高速緩存也可以，加上128kb的l2緩存，性能值得期待。」

    付炎很驚訝，老闆的思維真是天馬行空，不拘一格，不過他還是把疑問提出來。

    要知道當今所有的晶片設計，還沒有把edram作為cpu高速緩存的案例，華芯科技第一款cpu，有必要做第一個吃螃蟹的公司嗎？

    「王總，這，edram真的可以嗎？」

    當然可以了，這個時代雖然沒試過，但在9102年，edram高速緩存已經是非常成熟的技術。

    王岸然很肯定的點點頭，「不試試，你怎麼知道不可以……」

    …………

    自己一開始就搞eda設計軟體，無疑是走對了最重要的一步，cpu設計在eda軟體的幫助下，很多疑難問題都變的簡單。

    比如說，使用eda軟體，設計師不需要知道，在底層上電晶體是如何進行邏輯處理，他只需要將已有的邏輯門組成邏輯單元，再將這些單元設計成更大規模的計算單元。

    這無疑大大降低了設計的門檻和設計的難度。

    而底層工程師的作用，就是面對這些抽象邏輯門和邏輯單元，尋求更簡便的電晶體和電器元件，將它們在物理層面上顯示出來。

    這就像流水線，原來是作坊式設計，現在設計了兩個流水，一個是設計cpu，一個是設計電路。

    在9102年，這個流水線還將深化成數十個設計門類，同樣eda軟體的專業化類別也將提升。

    華芯科技現在正往這個方向發展。

    經過重新設計的cpu在eda模擬測試中表現優良，比起200mhz加上單純的超線程技術的性能，提升了37%。

    電晶體數目提升了16%。

    可以接受的範圍。

    付教授指著測試結果說道：「王總，真沒想到，加上l2緩存和分支預測，cpu性能竟然有這般提升，同頻率下有近50%性能優勢。」

    王岸然說道：「就是不能上到200mhz，有些遺憾啊。」

    cpu頻率受到總線以及l2緩存的影響，200mhz的頻率下發熱將無法控制，但166mhz下，加上良好的散熱應該是可以的，這還要看流片生產出來之後，具體的測試情況才能知道。

    但即便如此，比起世面上最新款色奔騰586，133mhz的頻率，還是有很大的超越。

    看來，完全可以把intel摁在地上摩擦……

    …………

    一個月後，王岸然重新回到公眾的實現，對於華芯科技的cpu計劃，王岸然已經有了決定。

    克拉克在第一時間聯繫到王岸然，在王岸然辦公室，克拉克表示了他的憂慮。

    「王總，是否可以明確的告訴我，華芯科技已經決定進入cpu領域。」

    王岸然點點頭。

    克拉克嘆了一口氣說道：「真是個令人失望的消息，王先生是想著拿投資人的錢試水陌生的項目嗎？我對貴公司的cpu項目表示遺憾，這註定是不會成功的。」

    王岸然饒有興致的說道：「克拉克先生，為什麼這麼說呢？」

    克拉克連解釋都不想解釋，三歲小孩都能看出的道理，你王總能看不明白！

    cpu如果真的這麼好搞，為什麼世界上只有intel，amd，美年達，ibm等區區數家？

    「王總，如果貴公司執意進入cpu行業的話，高盛可能對貴公司今後的發展表示懷疑，這將對華芯科技的估值有重大影響。」

    王岸然喝了一口水，淡定的說道：「克拉克先生，萬一華芯科技成功了呢！」