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深入浅出,微处理器大师分享IC设计经验
腾讯科技
摘要:   即便放眼整个IC行业,像Chris Rowen博士这般爱谈技术,同时又可以讲得如此深入浅出的,着实少见。他可以一边举起手中的iPhone做各种演示,也可以拿起随手拾见的小纸条写写画画来加强语气。他咬字无比清晰准确(尤其在诸如Interestingly或者particularly
Abstract:
Key words :

  即便放眼整個IC行業,像Chris Rowen博士這般愛談技術,同時又可以講得如此深入淺出的,著實少見。他可以一邊舉起手中的iPhone做各種演示,也可以拿起隨手拾見的小紙條寫寫畫畫來加強語氣。他咬字無比清晰準確(尤其在諸如Interestingly或者particularly 這類副詞的時候會讀得緩慢甚而產生了某種韻律感),似乎是在運用一種類似于詩人誦詩,抑或冒險家在眾人面前娓娓道來諸多奇跡的情緒和語氣,來描述那些SoC設計的理念。很神奇。

而更加奇妙的是,他幾乎經歷過微處理器" title="微處理器">微處理器的所有起起伏伏,前世今生。他是RISC架構的奠基人之一,分別參與了Intel和MIPS公司的大躍進時代,如今,又帶著一種全新SoC架構的理念,在或多或少地改變著我們的數字時代。所以,與其說是采訪,還不如說是在聽一個傳奇(而且這個傳奇也不過是翩翩中年哦!)講故事。

Power Density、Parallel、Multi-Core、FPGA、 RISC、SoC,這些詞于談笑間輾轉騰挪,有一瞬間,我差點覺得對面坐著的是Wes Anderson,那個拍出過《了不起的狐貍爸爸》(Fantastic Mr. Fox)的我最中意的好萊塢導演。不避世也不趨世。獨辟蹊徑,信手拈來。關鍵都還挺帥的。

1、我看過您2004年寫的“復雜SoC設計”,非常喜歡的第8章(Chris Rowen:“SOC設計的未來”哈哈)。恩您還記得。因為你的所有預言都應驗了,這非常有趣。所以我的問題是,您如何看待再6年之后的SoC設計,或者說和SoC設計有關的那些技術趨勢?

Chris Rowen :哇,這個問題還不賴!我認為這個市場的大方向還是相當清楚的??纯词袌鰧用娴幕沮厔荩倏纯醇夹g層面的基本趨勢,你就可以看到他們在哪里重合。就技術而言,你會發現摩爾定律(Moore’s Law)作為經濟驅動力的事實。但是摩爾定律真正有趣的部分在于,第一,是“集成度(Density)持續提高”。每隔2年半或者3年,硅密度就要提高一倍,這意味著近一倍成本的降低,讓射頻產品中的數字模塊集成度越來越高。這也意味著,各種系統都在規模(Scale)上變得越來越小。所以無論是電腦亦或消費電子設備,每一個系統的目的都是集成于同一塊芯片。這就變得有趣起來。因為在過去,你可以生產通用(Generic)存儲器,通用處理器,通用射頻,諸如此類,然后一股腦兒放在一塊兒,建一個非常牛逼的專用(Specific)系統。但是在今天,事情都顛過來了。你更希望把一坨不同的功能集合到一塊芯片上。當然在這個意義上,你還是得搞出一塊專用芯片。但是挑戰變大了,因為芯片本身需要更加專注于某一個特殊應用,而應用處理器、內部總線等等其他玩意兒,也要變得更小更強更快!

另一件吊詭的事就是,摩爾定律并沒有在晶體管層面帶來太多的功率改進。在過去,當東西變小了,功率自然就降低了,所以工程師也壓根不需要操心什么芯片架構(Architecture)。而現在,如果工程師想要優化功耗,首先就要優化架構。他得考慮我怎么著才能更有效地完成這個計算?譬如用更少的晶體管門或者運算周期,甚至在這個任務不運行的時候關閉掉相應子系統??傊?,這活兒變智能(Intelligent)了。

所以舉個例子啊,比如你想做個手機,就必須要注意區分不同的使用場景,譬如聽音樂、看YouTube視頻、發短信、上網,或者煲電話,這些都是完全不同的情景。你得關掉所有沒用的子系統。更細心,更積極。因此對于芯片設計師(Chip Architect)或者系統設計師來說,這是最好的時代。因為有這么多的事兒可做。但對于一個晶體管工人(Transistor Guy)而言,這可真是最壞的時代?。∫磺卸家呀浬仙?,已經上升到系統或者應用的級別。這就是技術領域正在發生的大事件。

 2、未來幾年市場方面的變化呢?

 Chris Rowen :說到市場。我認為最大的趨勢是一切都已經移動起來,因為人們的生活方式已經徹底改變了。當你可以隨身攜帶那么多的設備,就會希望能夠持續地連接到互聯網 上。這種影響不僅表現在設備上,還表現在無線基礎設施,以及云計算上。而且經濟層面的機會,將會隨之變得非常,非常深遠。因為你會看到,譬如在這種設備(Chris拿起手里的iPhone開始演示)的層面,無線連接的帶寬起碼還要提高30倍。為了獲得足夠豐富的娛樂體驗,我們或許需要幾十甚至幾百兆比特的帶寬。在世界每一個地區,高端用戶越來越多。中國就是一個鮮活的例子。不光如此。在印度、南美、非洲、加勒比海地區,人人都希望持續不斷地連接到互聯網。

 所以,你必須很好地設定人們日益增長的期望值?,F在有10倍的寬帶人口增長每個人都有30倍的寬帶需求,因此就有了300倍的寬帶要求。而系統的每 個層面都需要滿足這種需求。對于無線基礎設施制造商來說,他們的機會是巨大的。譬如華為。但是制造商是沒可能贏得300倍收入的。有可能獲得更多的收入, 但不是三百倍以上。因此,他們必須在得到大幅增加帶寬的同時,大幅降低資金成本(Capital Cost)和經營成本(Operate Cost)。

 3、那么接下來在SoC設計上會有什么事情發生?

 Chris Rowen :你可以看下無線基站作為例子。傳統意義而言,它們是昂貴的。你可以找些通用芯片、通用DSP、通用FPGA??墒墙裉欤瑸榱藵M足對帶寬的要求,您需要更 多的高度定制的SoC,芯片平臺和軟件的需求也上升很快。所以這將使集成度更高,每塊芯片上集成更多的DSP,而每塊DSP上嵌入更多的軟件程序,甚至是 軟件內容的爆炸性發展。

 有趣的是,每部分網絡基礎設施(Network Infrastructure)的功耗都是巨大的。那么即便為綠色節能考慮,減少為更加緊密集成的系統都是異常重要的?;緦⒚黠@變小,這意味著整個基站 都可變成塔頂的一個小盒子,而不是……裝在塔頂可是簡單很多。

 當然在系統層面,你一旦降低成本以后降低功耗也就水到渠成。所以這兩者之間是一個非常良性的關系。關鍵是硅晶圓的集成。這也是Tensilica會 如此迅速成長成為世界領先的DSP內核供應商之一的原因。

 甚至可以看到這種變化體現到了云計算上。因為現在你需要300倍的帶寬,也就相應地對視頻服務、視頻壓縮、互聯網數據庫搜索、社會網絡,如此等等, 都提出了更高的需求。而所有這些事情,真的都是很復雜的應用程序呢。

 不過有趣的是,他們都是些并行的應用程序。這是個好消息。因為在計算機業已經發生的一件事情便是,單個微處理器的速度已經很難再提高了。Intel在1990年,戲劇性地發現了單處理器性能呈指數增長的改善。但是他們也旋即發現當處理器頻率達到約3.5到4GHz的時候,功率密度(Power Density)遇到了瓶頸。于是,他們開始嘗試多核技術。

 還好人民群眾想做的事,基本都是天然就可以并行處理的。所以,你在做互聯網數據庫檢索(Internet Database Search)的時候,確實可以設置多內核、多芯片,甚至多系統。因為你的查詢請求通常將被發往多個地點。所以在互聯網云計算的領域,運用多核的機會無比 廣闊。

 而且確實存在是一個問題,就是你如何在有效的MIPS指令內獲得足夠低的功耗。或者說,如何在設計電池壽命最長的移動設備,和最可擴展的服務器之間 取得關聯?因為所有都和功耗有關,而非峰值的性能。

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