微處理器大師的IC設(shè)計經(jīng)驗

即便放眼整個IC行業(yè)，像Chris Rowen博士這般愛談技術(shù)，同時又可以講得如此深入淺出的，著實少見。他幾乎經(jīng)歷過微處理器的所有起起伏伏，前世今生。他是RISC架構(gòu)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(gòu)的理念，在或多或少地改變著我們的數(shù)字時代。

　　1、我看過您寫的“復(fù)雜SoC設(shè)計”，非常喜歡的第8章(Chris Rowen：“SOC設(shè)計的未來”哈哈)。恩您還記得。因為你的所有預(yù)言都應(yīng)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(shè)計，或者說和SoC設(shè)計有關(guān)的那些技術(shù)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(shù)層面的基本趨勢，你就可以看到他們在哪里重合。就技術(shù)而言，你會發(fā)現(xiàn)摩爾定律(Moore’s Law)作為經(jīng)濟驅(qū)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(xù)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(chǎn)品中的數(shù)字模塊集成度越來越高。這也意味著，各種系統(tǒng)都在規(guī)模(Scale)上變得越來越小。所以無論是電腦亦或消費電子設(shè)備，每一個系統(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)。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(zhàn)變大了，因為芯片本身需要更加專注于某一個特殊應(yīng)用，而應(yīng)用處理器、內(nèi)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(gòu)(Architecture)。而現(xiàn)在，如果工程師想要優(yōu)化功耗，首先就要優(yōu)化架構(gòu)。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(wù)不運行的時候關(guān)閉掉相應(yīng)子系統(tǒng)。總之，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(qū)分不同的使用場景，譬如聽音樂、看YouTube視頻、發(fā)短信、上網(wǎng)，或者煲電話，這些都是完全不同的情景。你得關(guān)掉所有沒用的子系統(tǒng)。更細心，更積極。因此對于芯片設(shè)計師(Chip Architect)或者系統(tǒng)設(shè)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啊!一切都已經(jīng)上升，已經(jīng)上升到系統(tǒng)或者應(yīng)用的級別。這就是技術(shù)領(lǐng)域正在發(fā)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(jīng)移動起來，因為人們的生活方式已經(jīng)徹底改變了。當你可以隨身攜帶那么多的設(shè)備，就會希望能夠持續(xù)地連接到互聯(lián)網(wǎng) 上。這種影響不僅表現(xiàn)在設(shè)備上，還表現(xiàn)在無線基礎(chǔ)設(shè)施，以及云計算上。而且經(jīng)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(shè)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(qū)，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(qū)，人人都希望持續(xù)不斷地連接到互聯(lián)網(wǎng)。

　　所以，你必須很好地設(shè)定人們?nèi)找嬖鲩L的期望值?，F(xiàn)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(tǒng)的每 個層面都需要滿足這種需求。對于無線基礎(chǔ)設(shè)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(jīng)營成本(Operate Cost)。

　　3、那么接下來在SoC設(shè)計上會有什么事情發(fā)生?

　　Chris Rowen ：你可以看下無線基站作為例子。傳統(tǒng)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?，為了滿足對帶寬的要求，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(nèi)容的爆炸性發(fā)展。

　　有趣的是，每部分網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(Network Infrastructure)的功耗都是巨大的。那么即便為綠色節(jié)能考慮，減少為更加緊密集成的系統(tǒng)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?shù)囊粋€小盒子，而不是……裝在塔頂可是簡單很多。

　　當然在系統(tǒng)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(guān)系。關(guān)鍵是硅晶圓的集成。這也是Tensilica會 如此迅速成長成為世界領(lǐng)先的DSP內(nèi)核供應(yīng)商之一的原因。

　　甚至可以看到這種變化體現(xiàn)到了云計算上。因為現(xiàn)在你需要300倍的帶寬，也就相應(yīng)地對視頻服務(wù)、視頻壓縮、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫搜索、社會網(wǎng)絡(luò)，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(fù)雜的應(yīng)用程序呢。

　　不過有趣的是，他們都是些并行的應(yīng)用程序。這是個好消息。因為在計算機業(yè)已經(jīng)發(fā)生的一件事情便是，單個微處理器的速度已經(jīng)很難再提高了。Intel在1990年，戲劇性地發(fā)現(xiàn)了單處理器性能呈指數(shù)增長的改善。但是他們也旋即發(fā)現(xiàn)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(shù)。

　　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(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索(Internet Database Search)的時候，確實可以設(shè)置多內(nèi)核、多芯片，甚至多系統(tǒng)。因為你的查詢請求通常將被發(fā)往多個地點。所以在互聯(lián)網(wǎng)云計算的領(lǐng)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(nèi)獲得足夠低的功耗?；蛘哒f，如何在設(shè)計電池壽命最長的移動設(shè)備，和最可擴展的服務(wù)器