材料为王 正文 第四十五章 让写码民工痛到吐血的发明

作者 : 急冻人

微处理器的设计已经定型,接下来就是制造出一批试验型芯片,以验证设计是否正确,并在实际测试中,修正其错误之处,对其内部电路作进一步优化设计。

众人也等着,看他如何解决协处理器多达八千的元件集成问题。

郭逸铭不慌不忙,也没有什么特异的举动。

他把试制工作交给了集成电路室主任万洪,自己抓起了处理器厂房建设,一口气从市委要到了二十亩地。在美国方面专业请设计公司,设计了一套达到cmos工艺标准的净厂房方案。他在核实过设计方案以后,对净厂房的建设材料,从更衣间、缓冲间、预处理室、设备间、生产车间,都提出了详尽的要求。

要求地板采用水泥自流坪,表面敷设防静电pVc地板;门窗要求使用铝合金型材;通风管道需要使用镀锌钢板,指定厚度要在o.5到1毫米之间……,甚至对仪器柜把手都有要求,必须是防静电、耐腐蚀塑料把手。

事无巨细,都标注得明明白白。

集成电路室主任万洪接到试生产任务,很是紧张,这是公司倾力研的产品,就这样说都不说明一下,便直接交给他试制,他实在是心中不安,于是主动找到郭逸铭,向他请教试制过程中的关键技术要求。

“这样啊……,那好吧,我就随便说几点。”郭逸铭本待让他自己做主,但既然他尊重自己,他也决定说两句,“这个试制呢,就是看看处理器的电路设计是否正确。虽然前期通过人力辅助设计,对其电路进行了实际测试,但那毕竟是线导微电状态下的测试,可以作为参考,但可能会与实际产品有所出入。具体的最终效果,还是需要通过试制样品来实际测试。另外呢,电路在封闭的集成电路中有哪些表现,电路之间是否会有干扰、过热等等,也是需要注意的……”

他掰着手指,一五一十给万洪解说起来。

万洪听得哭笑不得。

他几十岁的人了,搞集成电路制备也有三十多年的实际工作经验,这些基础的东西需要郭逸铭教给他吗?这种琐碎的废话,还不如不听!

“郭总,是这样的,我是想问问,这个试制过程中,有没有什么特别需要注意的,比如说工艺流程啦什么的,有没有诀窍或是特殊的技术解决方案……”他趁郭逸铭说得口干,端起茶杯来解渴,赶紧把他要问的重点说出来,堵住对方的嘴,别再让他继续滔滔不绝。

“特别需要注意的?没有哇!”郭逸铭讶然,给了一个让万洪吐血的答案,过了几秒钟才一拍脑门,“对了,是有个事情我忘记说了……”

“是什么需要注意的重点?”万洪激动地问道。

郭逸铭一力主导的微处理器研,考虑到国内现在的半导体加工能力,把处理器一分为二也算符合实际。偏偏他在协处理器上,却依然集成了近八千个元器件。万洪一看到这个设计就懵了,打死他,也没法把这么多元器件集成在一个芯片里啊。

因为这是郭总坚持下的结果,所以他认为郭逸铭一定有解决的办法,要不然这个设计就太轻率了。

郭逸铭笑哈哈说道:“我要说的是,现在只是试制阶段,所以主要是通过实际产品,来检验一下电路设计是否达到要求,有哪些需要改进的地方,并不需要你们拿出最终产品。所以呢,你们也别局限于一块芯片里一定要集成多少元器件,只要把电路做出来就好了,该占多大就是多大!这东西本就没有一定之规,只要做出来就好。”

万洪当即木在当场。

集成电路的确谁也没规定必须要多大,但为了方便比较,通常都会用同样型号的产品作为参考。万洪他们比较的对象,就是8o8o处理器。

8o8o芯片内部硅晶元尺寸是2o989x225o微米,也就是两厘米多一点,在这个晶元区域内,集成了5ooo个晶体管。

万洪等人就是以此作为标准计算。以现在国内的半导体工艺,最多能在同样尺寸内集成6ooo左右的晶体管,这才感到焦急,跑来向郭逸铭问计。谁知道对方给他这样一个让他啼笑皆非的答案。

能做多大就做多大,这是什么解决办法!

尺寸放大,不仅仅是代表集成水平低,还会因为晶体管的尺寸过大造成功耗加大、热辐射增加,因为线宽的增加造成信号延迟、降低处理器性能等等一系列后果。哪里是一句想做多大就做多大的!

放到公司来说,采用这种扩大尺寸方法制造出来的处理器,必然会比英特尔同样集成度的微处理器性能差得多!而且本来一片硅晶元上,原来可以同时制备二十片核心电路的,现在可能就只能做十六、七片,因而造成单位成本大大增加。

郭逸铭这样的回答,可以说是不负责任!这和国内领导拍脑门作决定有什么区别?

还讲不讲科学了?

万洪不是可以随便糊弄的人,顿时脸就沉下来,对他的回答很不满意。

郭逸铭看他有些火了,连忙说:“万教授,不是我不提什么要求,而是现在只是拿出样品来,所以无需考虑实际生产。如果光靠我们现在的设备,我就是提了再多的要求,你们也做不到。何苦呢?而解决芯片制造,正是我在做的事情,现在才正在筹备阶段,八字还没一撇,能不能顺利解决,也还未知,所以没有必要那么高调,嚷嚷得全世界都知道!”

他的这个答案,万洪还是认可的。

国内的光刻机、晶体外延生长炉等关键设备制造能力的确有限,公司要考察了国内的具体制造工艺,才能有所针对的拿出一套提高集成电路生产的合理方案来。现在考虑最终定型的微处理器产品关键工艺,的确属于无的放矢,浪费表情。

万洪走了,既然最终定型生产工艺暂时不需要他考虑,那他就只需把微处理器设计图纸,化为试生产样品就行了。

说起来这也不是简单的事。

他先要布图,将电路图转化为掩膜,在硅晶片上涂抹光刻胶后用紫外光制出电路图,用物理和化学方法沉积生成电路、晶体管、电阻等各种元器件。而且因为每次只能制造同一种元件,所以以上步骤要重复十次左右,每次都必须非常精确,保证各种元件连接正确。

此外他还要考虑很多东西。

比如这是样品,那公司在定性时到底以品质为主还是以成本为主?万一要求以成本为主,却拿最佳品质样品作参照,这个成本他是绝对降不下来的。如果以品质为主,那制造成本、批量制造数量也就不在他考虑之内,好材料、好设备、复杂技工工艺等等,什么好他就上什么。

要求不同,制备的工艺也不同。用化学蚀刻难以精确控制,但要求低,成本低,能够快大批量生产。用离子冲击,精度高,但设备也贵、成本高……,等等这些需要考虑的要素还很多,可郭总又不给他一个总纲式的前提要求,全靠他自己判断,这实在是有些难为人。

真狠起来,实验室少量制作cmos集成电路他也不是做不来!

到时候公司要以这种芯片为标准,那他只有卷铺盖走人!

他和实验室的同仁们经过讨论,还是决定按照成本最优化、品质最优化、均衡型,一共试制三款共九枚处理器。因为处理器内含核心处理器和协处理器两部分,核心处理器略小一点,协处理器稍大一些,大致等于占了两只集成电路芯片尺寸,九枚处理器恰好占用十八个芯片尺寸,正好将一片硅晶元利用完。

样品制造并不需要多长时间,二十来天时间,他们就拿出了第一批九枚处理器,接下来就是第二批、第三批、第四批……

样品制造出来,这只是工作的开始,接下来还有紧张的测试工作。

他们要通过专用测试仪通过数据接口向处理器内输入各种算法,测试芯片各相关电路是否做出正确反应,要测试芯片各接口电路是否工作正常。整个处理器内大大小小的电路,他们都必须一一测试到位,不敢有丝毫疏忽。

基本的响应测试完毕,接下来是更加严格的图形测试。他们要编制图形程序,测试处理器对复杂数据的运算。这种测试,既有测试仪随机生成的图形,也有人工录入的复杂图形,还有通过程序运算产生的图形数据,每一项都要求完全正确。如果有一项数据不对,他们都需要重新寻找原因,看是芯片制作过程中出现的问题,还是电路本身设计问题,并及时修正。

一忙起来,万洪就忘了别的事情。

在测试过程中,他们体会到了孕育一种新型处理器诞生的快乐。

这种新型处理器,世界上还属创,从来没有过类似的产品,这种创造历史的快感,一直激励着他们全情投入。

他们也确实为这款处理器优异的性能而感到震惊。

说起来,他们最初对这种混合型并行处理器并没有抱有多大期望。毕竟国内的半导体制造工艺相对落后,哪怕采用了精简指令集来加快运算效率,将处理器硬件功能挥到极限,他们还是没有太大信心。按他们的估计,这种处理器实际性能应该不会太高,充其量就比8o8o略高一点,绝对要远远逊色于8o88。

毕竟pmos工艺,那是远远不如cmos工艺,这是硬件上的绝对落后。

可实际测试过程中,他们被这款混合并行处理器所表现出来的优异性能所震撼。就拿编号3-2成本/品质均衡型样品为例,各种精简指令程序运算是那么的快,快到让他们要反复观看测试结果和测试仪器,并多次对测试仪进行检查,以为是仪器出了故障。

编制一段复杂的科学计算程序,并以英特尔新推出的采用cmos工艺制造、集成2.9万个晶体管的8o88为对比对象,两者同时运算这段程序。

测试结果令他们震撼。

科学计算结果,混合并行处理器越8o88百分之三!

混合并行处理器以微弱优势领先!

问题是,混合并行处理器的加工工艺远远差于8o88,这个结果就太可怕了!

一个是6ooo元器件集成度,一个是29ooo元器件集成度,双方就不在一个水平线上,结果最后测试结果居然还是工艺落后一方获胜。

他们实在无法接受这个结果。

在对两款处理器运算方式进行更加详细的对比研究后,他们恍然大悟:在短小指令的运算中,8o88略占优势,硬件性能的优势还是挥了作用。但在对一段包含各种指令的大型程序进行运算中,长指令大幅占用8o88处理器硬件,大量的指令长期处于排队等待状态。反而是混合并行处理器采用了并行运算,协处理器在运算长指令的同时,并没有耽误核心处理器对精简指令的处理,两部分运行度一综合,最终结果就造成混合并行处理器反而越8o88,略微提前完成整个运算。

真是不比不知道,一比吓一跳。

难怪国际上大批科学家在对两种处理器进行分别研究后,齐声呼吁希望大力展精简指令集计算机,其处理器硬件利用效率确实比复杂架构型处理器快得多!

这还是采用了混合并行处理,有一个包含复杂指令集的协处理器在拖后腿。如果没有协处理器,想来运算度还会更快。

计算一下,在同等工艺水平下,如果说精简指令集处理器运算效率是百分之九十,那么复杂架构性处理器只有百分之七十,可能还不及,优势非常明显。

万洪等人心头火热。

他们在反复测试,完成了公司交待的混合处理器所有相关试制、测试、定型工作以后,大量的测试工作,让他们更加确认了精简指令集对比复杂指令集先天上的优势。他们想想公司交待的任务也完成了,一时按捺不住心中的冲动,也不向上请示,就私底下搞起了精简指令集处理器的研工作。有着前期彭之旭给他们打的底,混合并行处理器只需局部修改,去除协处理器部分就是一款经典的精简指令集处理器。又有着技校学生提供的翔实测试数据,加上他们自己就是搞集成电路设计的,一群人兴致勃勃绘制了精简指令集处理器的设计图纸、电路图绘制、掩膜制造、光刻、电路沉积、晶体生长、封装等一系列工作。

等到郭逸铭忙完了厂房建设,设备定制安装,时间都到了81年的2月份。

他很是奇怪。

样品的试制、测试、定型工作都交给万洪他们四个月时间了,怎么一点反馈消息都没有?处理器的试制是否顺利?性能是否满足了最初要求?测试中是否查找到了设计中的缺陷?他们是如何改进的?产品是否最后定型了?

这些问题,万洪等人居然一点也不向他汇报。他也是忙得晕了头,都没想过向他们了解情况。

于是,他找来万洪打算听取对样品的测试报告,结果被吓了一跳,没想到他们居然在完成处理器设计定型以后,私底下又偷偷模模搞了一款血统纯正的精简指令集芯片。

“你们这真是……真是……,”郭逸铭不知道该说什么好,一个劲地苦笑,好容易才想出一个词,“不务正业!”

“这哪里是不务正业!混合并行处理器的定性工作我们保质保量完成了!为了获得更多测试数据,我们还一共制造了十二批九十八枚样品。测试的数据都堆成山了。就是在研究精简指令集处理器的时候,我们也没有放弃对公司研新型处理器的测试,经过四个月的时间,我们一共检测出六百零八处错误。其中属于电路设计的错误有三百七十二处,集成电路制造中造成的损坏一百五十六处,因为测试程序编制错误等原因造成的误判错误有四十九处,还有其他原因造成的错误三十一处。所有现的错误我们都详细记录在案,并查找到错误生的原因,加以解决。为了验证我们的解决方案正确,又加制了七个批次的处理器,在最新三个批次的样品中,已经确认当初的错误都得到了解决……”

万洪被他一句不务正业给激怒了,掰着手指将他们辛苦工作的成绩历数给他听,并从沉甸甸上百公斤的测试数据里,哗啦哗啦翻检出当时的测试报告,指给他看。

“好吧好吧,是我口误了。我不是觉得你们没有做好工作,而是觉得现在花大力气去研精简指令集处理器还为时尚早。你们既然已经在这方面作了些工作,就应该很清楚这种处理器的优劣之处。”

郭逸铭被老头子认真的精神给打败了,也严肃地给对方解释起来:

“不错,精简指令集对于标准字长的指令处理度很快。如果所有程序将长指令都预先划分为一个个标准字长指令,像流水一样绵延不绝,确实可以大大加快程序处理度,最大限度挥处理器的硬件效率。

然而精简指令集的缺点也正在于此!

一个复杂的长指令划分得越细,为了执行这个指令,所需要的高大容量半导体存储器就越大。这是无法承担的额外成本开支,用户很难下定决心掏这一笔钱。

还有一点你别忘了,现在的复杂指令,已经需要庞大的高缓存器来寄存数据。未来的复杂指令会更加繁复,需要的高存储设备会更多。半导体技术虽然也在展,但你永远不能让这两者处于绝对平衡,需求总是快于供给。其必然的结果,就是诞生一种度快、但价格昂贵的专用计算机,我个人将之称为服务器,但绝不可能用于对价格极其敏感的个人计算机。

服务器我们也会做,但不是现在。

这些硬件问题都解决了,你还解决不了软件问题。一个复杂指令集程序,编织起来可以直接通过指令调用处理器内部电路进行复杂运算,程序员虽然要求对程序内涵非常了解,但就编制程序本身而言,并不困难。

但精简指令集就惨了!

精简指令集只有最简单的十几条常备指令。

你算1+1很容易,可你要算2o+2o,却又没有2+2这个指令,你的程序就必须按照1+1+1+1这样编制。看似简单了,可大量重复的工作,枯燥到让你想疯!2+2尚且如此,我让你编制一个2o的2o次方……,我敢说我只要敢提这个要求,你可能直接就吐我一脸口水——相信我,一个写码民工的痛苦,我比你清楚,那是真的痛不欲生!”

万洪瞪着眼睛听了半天,末了问了一句:“写码民工是什么?”

郭逸铭一时语塞,只有无力地挥挥手,让他离去。

写码民工……

唉,那是世界上最悲惨的工作了!

他想像中,某个后世的写码民工,蓬头盖面写一个月的精简指令集程序代码,最后终于忍无可忍,抬起头来大吼一声:“是哪个狗娘养的明了精简指令集计算机,老子已经一个月没有见阳光了!”,不觉就打了一个冷战。

精简指令集计算机很好,但在没有开出方便编程的高级程序语言之前,还是暂时不要拿出来祸害人吧。a全文字更新

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