第76章 精簡(jiǎn)指令集

　　根據(jù)2018年度中國(guó)海關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)集成電路進(jìn)口金額為3100億美元，比2017年增長(zhǎng)19.8%。當(dāng)時(shí)中國(guó)的半導(dǎo)體芯片國(guó)產(chǎn)化率不到20%，每年芯片的進(jìn)口額超過原油（2018年中國(guó)原油進(jìn)口金額為2402.6億美元，4.02億噸），由此可見芯片的重要性。

　　石莫要做的就是打破這種不利的局面。

　　芯片之于電子設(shè)備的地位等同于發(fā)動(dòng)機(jī)之于汽車，未來(lái)芯片會(huì)成為國(guó)家戰(zhàn)略組成的重要一部分，是國(guó)家重點(diǎn)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)突破，將成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　芯片是人們?nèi)粘Ｉ钪泻艹Ｒ姷纳匙幼龀鰜?lái)到，經(jīng)過復(fù)雜的加工后就變成了堪比黃金的物品。在芯片廠綜合辦公樓內(nèi)，新世界的技術(shù)專家正在為石莫他們講解一粒沙子的脫變之路，大致分為四個(gè)步驟。

　　第一步是打造“地基”硅晶圓。在沙子中加入碳，高溫作用下轉(zhuǎn)化成純度約99.9%的硅（硅熔煉），經(jīng)過融化從中拉出鉛筆狀的硅晶圓（硅錠），再使用鉆石刀將硅晶柱切成圓片，拋光后便成為硅晶圓，芯片的地基完成。

　　第二步是光刻。首先在硅片上涂光刻膠，再使用紫外線透過掩膜照射光刻膠，掩膜上印著預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖案。光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除后留下的圖案和掩膜上的一致。

　　后用化學(xué)物質(zhì)溶解掉暴露出來(lái)的晶圓部分，剩下的光刻膠保護(hù)著不應(yīng)該蝕刻的部分。蝕刻完成后，清除全部光刻膠，露出一個(gè)個(gè)凹槽。

　　第三步是摻雜（通過離子注入，賦予硅晶體管的特性）。把硼或磷注入到硅結(jié)構(gòu)中，接著填充銅，以便和其他晶體管互連，然后可以在上面再涂一層膠，再做一層結(jié)構(gòu)。一般一個(gè)芯片包含幾十層結(jié)構(gòu)，就像密集交織的高速公路。

　　第四步是封裝測(cè)試。芯片做好后，用精細(xì)的切割器將芯片從晶圓上切下來(lái)，焊接到襯底基片上，用散熱片裝殼密封。經(jīng)過測(cè)試后就可以包裝銷售了。

　　聽完技術(shù)專家的講解，石莫對(duì)芯片又有了更深的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在新世界的第一款電腦在進(jìn)行DQA研發(fā)測(cè)試中，由于時(shí)間緊急，工程師們正在邊測(cè)試邊解BUG，按照此時(shí)的研發(fā)進(jìn)度，預(yù)計(jì)一兩個(gè)星期后就可以定下來(lái)并開始貼片量產(chǎn)。

　　石莫最關(guān)心的是方舟Z1處理器在電腦上的表現(xiàn)效果，因?yàn)槭且钆鋱D形界面系統(tǒng)，石莫怕這枚芯片性能不夠，導(dǎo)致操作很卡，那電腦會(huì)賣不出去的。

　　于是石莫對(duì)馬許愿說(shuō)道：“馬博士，我們的這枚芯片用在電腦上的實(shí)際表現(xiàn)如何？”

　　這兩年公司投了重金在芯片項(xiàng)目上，任務(wù)艱巨繁重，當(dāng)時(shí)馬許愿的心理壓力很大，生怕他會(huì)一不小心給搞砸了，虧掉公司上百億港幣。

　　現(xiàn)在初步完成了石莫安排的任務(wù)，整個(gè)人的放松了很多，不用每天繃著神經(jīng)。最近馬許愿都沒有像去年那樣每天加班熬夜奮戰(zhàn)到凌晨了。

　　對(duì)于石莫的問話，馬許愿微笑著的說(shuō)道：“老板，在您英明的指導(dǎo)下，這枚芯片的性能超過了我們預(yù)期的一倍，加上數(shù)字協(xié)處理器和顯示處理器這兩枚芯片的加持，方舟Z1芯片組的性能只是比英特爾的8088微處理器差一點(diǎn)而已，因此系統(tǒng)運(yùn)行的很是流暢?！?p>　　聽后石莫有點(diǎn)得意的點(diǎn)點(diǎn)頭，也很滿意。

　　能取得這個(gè)成績(jī)，石莫的功勞也是不小的，因?yàn)榉街坌酒瑥难邪l(fā)之初就是按照他的思路來(lái)搞的，而馬許愿他們則把石莫的設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)了出來(lái)。

　　這枚芯片之所以性能爆表，不只是因?yàn)橛袛?shù)字協(xié)處理器和顯示處理器的支持，還因?yàn)樗褂玫闹噶罴荝ISC（精簡(jiǎn)指令集），以及專門在此基礎(chǔ)上研發(fā)設(shè)計(jì)的一種高性能和高功耗構(gòu)架，此構(gòu)架旨在提高處理器的性能，這是石莫特意要求的。

　　“精簡(jiǎn)指令集”有什么意義？這是相對(duì)于“復(fù)雜指令集”的一個(gè)概念，有什么優(yōu)勢(shì)？

　　要設(shè)計(jì)處理器，首先就需要有指令集，規(guī)定處理器的相應(yīng)操作，通過指令集去控制處理器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

　　此時(shí)的處理器都是CISC架構(gòu)（復(fù)雜指令集），包括英特爾的處理器，因?yàn)楝F(xiàn)在編譯器的技術(shù)并不純熟，因此微處理器的設(shè)計(jì)師會(huì)增加CPU指令的復(fù)雜性，以在每個(gè)計(jì)算周期內(nèi)得到更多的計(jì)算。

　　但是后來(lái)有人發(fā)現(xiàn)，整個(gè)指令集中，只有約20％的指令常常會(huì)被使用到，大約占了整個(gè)程序的80％；剩余80％的指令，只占了整個(gè)程序的20％。（典型的二八原則）

　　于是，在1979年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson教授領(lǐng)導(dǎo)的伯克利團(tuán)隊(duì)提出了RISC的想法，也就是精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)。他們認(rèn)為，處理指令過快將使得在每個(gè)周期內(nèi)的行為將更少，主張硬件應(yīng)該專心加速常用的指，較為復(fù)雜的指令則利用常用的指令去組合。

　　作為一個(gè)純理念研究，RISC聽起來(lái)很具吸引力。但是它可行嗎?兩年前在石莫干涉下，馬許愿的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將賭注押在了這上面。

　　1980年，團(tuán)隊(duì)開始研發(fā)被稱為“方舟”的8位RISC處理器(即一種簡(jiǎn)潔、高性能、具有高度擴(kuò)展性的RISC架構(gòu))，打算將這一芯片用在個(gè)人電腦產(chǎn)品線上。

　　當(dāng)時(shí)研發(fā)遇到了很大的壓力，許多公司內(nèi)部人士對(duì)“方舟”能否取得成功表示出懷疑。探索RISC概念真的可行嗎，但在石莫的強(qiáng)力支持下，慶幸的是最終取得了的成功，而且比預(yù)期效果要好很多。

　　首枚方舟處理器，每秒260萬(wàn)個(gè)指令，這比英特爾的復(fù)雜指令集8080處理器計(jì)算機(jī)要快一倍。

　　新世界公司研發(fā)的第一個(gè)高性能的處理器構(gòu)架代號(hào)為“V1”，此構(gòu)架是為了針對(duì)日益增長(zhǎng)的消費(fèi)娛樂和有線桌面產(chǎn)品設(shè)計(jì)，用于具有高計(jì)算要求、運(yùn)行豐富操作系統(tǒng)及提供交互媒體和圖形體驗(yàn)的應(yīng)用領(lǐng)域，如桌面電腦、服務(wù)器、數(shù)字電視等。

　　是的，石莫打算將方舟芯片用在未來(lái)即將出現(xiàn)的高利潤(rùn)的工作站和服務(wù)器中。

　　除了針對(duì)高性能的“V1”構(gòu)架，后面新世界公司還會(huì)著手研發(fā)設(shè)計(jì)幾個(gè)不同用途的構(gòu)架。一個(gè)是主打安全的構(gòu)架，主要用于政府安全芯片。一個(gè)主打工業(yè)方面的構(gòu)架，主要針對(duì)的是嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)。

　　未來(lái)還將研發(fā)一個(gè)低功耗的構(gòu)架，該構(gòu)架面向微控制器領(lǐng)域，主要針對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用，充分發(fā)揮精簡(jiǎn)指令集的優(yōu)勢(shì)。

　　因?yàn)镽ISC通過精簡(jiǎn)CISC指令種類，格式，簡(jiǎn)化尋址等方式，可以達(dá)到省電高效的效果。

　　石莫發(fā)展精簡(jiǎn)指令集，也是在布局未來(lái)。

　　他知道ARM公司就是憑著在低功耗方面的DNA，又剛好趕上了移動(dòng)設(shè)備爆發(fā)式發(fā)展的時(shí)代，最終造就了它的輝煌。