第一四一章 最终方案
Intel的奔腾处理器,带来两个技术概念,一个是超标量,允许CPU在一个周期内执行两个指令。
另外一个就是深度流水,就是把一条指令分成多步执行,奔腾处理器的流水深度达到十四级,发展到奔腾四处理器的时候,流水深度已经达到二十多级。
超流水技术在提高性能和主频上,有着显著的作用,但也不是没有缺陷。
其中最大的缺陷就是,超长的流水面临执行效率的低下。
这也是奔四时代,同主频的Intel奔腾四处理器,往往被和其频率相似的AMD速龙处理器摁在地上摩擦。
而超线程可以完美解决这个问题。
在这个主频至上的年代,华芯科技的CPU想要在市场上打出名头,自然在主频上有所考虑。
而提高主频只有两个办法,一是提高制程,二是提高技术。
制程上,华芯科技没得选择,只有在技术上想办法。
王黯然的解决办法是,首先在CPU的指令集上,大量采用RISC精简指令,因为计算机每一条指令都需要额外的晶体管和电器元器件,而大部分复杂指令可以有多个精简指令组合而成,在效率和性能上选择好平衡点。
其次就是选择超流水技术,华芯科技的第一代CPU的流水设计为18级,设计频率为200Mhz,自然也存在流水线执行效率不足的缺陷。
这款CPU的原本设计的技术指标,浮点,整数等计算,已经不弱于世面上奔腾处理器。
加上超线程技术,王岸然对模拟的结果很是期待。
不过事实给了他一道响亮的耳光。
EDA模拟测试结果显示,smt超线程技术没有给CPU带来显著的性能提升。
花费10%数目的晶体管搭建,只带来10%左右的性能提升,这已经是鸡肋般的存在。
华芯科技没有必要为了这10%的性能提升,爆出如此重要的技术。
王岸然分析原因,应该是十八级仍然没有发掘完ilp流水的潜力,而且这个时代的CPU设计,受限于晶体管的数目,本身的闲置资源也是有限。
那问题来了,这10%的晶体管加到哪里。
这对于王岸然这样的大师来说,根本不是什么问题,提升CPU性能的方法很多,适用这个时代的才是最好的。
最终的解决方案就是,王岸然把AMD运用成熟的tage分支预测算法加入到新款CPU当中。
分支预测的目标就是,在CPU处理进程,发生分支时,提前存储在分支目标的缓存区当中。
而分支算法的精髓就是,猜测指令流的路径。
那么问题来了,若是猜错了怎么办?
猜错了解决的方法很简单,那就是再猜,一直到猜对为止。
但带来的后果是很明显的,进程停滞,CPU执行效率低下,用户的体验就是电脑卡顿。
所以,一个优秀的分支预测方法在CPU执行效率上,往往对性能有巨大的提升。
……
付炎是科院培养的研究生,在剑桥大学微电子专业拿的博士学位,还在德州仪器欧洲研究所呆过三年时间。
这是华芯科技花了大代价挖过来海龟人才。
付炎在计算机算法上有很深的造诣,在国内外很多重量级刊物上发表过文章。
原本以为来到华芯科技,也是大材小用了,没想到一进来就进入CPU事业部。
华芯科技竟然有这样的野心?
作为中国人,付炎跟你大多数人一样,有着一颗中国芯梦。
可华芯能做好中国芯吗?
三天之后,付炎从怀疑转为肯定和惊叹。
从指令集,到CPU架构设计,华芯科技有着非同寻常的底蕴。
这还是一家初创公司吗?从开始几十号人,到现在也不足200号人,竟然能撑起CPU设计的大任?
而付炎在这里,也可以发挥出他数学算法的专长。
不过今天他算是见识了,自家这位传奇创始人的手段。
简简单单的变换了预测表更换的策略,再添加了几个预测的策略,整个预测的精准度提升了30%。
王岸然摇摇头,这可是他借鉴别人的成果,没什么值得夸耀的,一个预测表策略的优化,那是集中了数十代处理器技术的发展,数万科技人员智慧的结晶,要知道tage分支预测算法,那是得过四项国际大奖的。
相比于原版的,在华芯科技集成的CPU分支预测算法只能算是阉割版的,这没办法,原版的算法要完整实现,300万晶体管都不够。
而王岸然的低调在付炎严重,成了深不可测的意味,在让他高傲的自尊心受到打击的同时,也让他沉下心来,继续做完下面的事。
“付教授,想让分支预测有更好的施展空间,对分支预测表的宽度,以及预读取的数据容量有更高的要求,在CPU缓存之下,有必要再设计一道二级缓存。”
付炎摇摇头,说道:“好是好,但技术上行不通,二级缓存需要总线另外分配带宽,事必影响CPU与内存之间的通信。
再加上sram高速缓存不光成本高昂,所占的芯片面积也将是个问题,我们将没有足够的晶体管来实现其他的功能。”
王岸然摇摇头,越是高精的人才越容易被常规思维限制住想象。
Intel是行业霸主不错,但也犯过在奔腾三时代,为了不让规模巨大的sram缓存占用有限的CPU核心面积,“创造性”的将CPU二级缓存集成到CPU核心外面,造成CPU二级缓存只能以半速运行。
结果就是CPU运行效率低下,性能孱弱,面对AMD同期的K6架构CPU,落于下风。
“付教授,我们可以给L2缓存单独设计一套总线通讯总线,只不过需要2%左右的晶体管。”
“重新设计一套总线?”
王岸然点点头,继续说道:“二级缓存没必要用sram高速缓存,edram高速缓存也可以,加上128kb的L2缓存,性能值得期待。”
付炎很惊讶,老板的思维真是天马行空,不拘一格,不过他还是把疑问提出来。
要知道当今所有的芯片设计,还没有把edram作为CPU高速缓存的案例,华芯科技第一款CPU,有必要做第一个吃螃蟹的公司吗?
“王总,这,edram真的可以吗?”
当然可以了,这个时代虽然没试过,但在9102年,edram高速缓存已经是非常成熟的技术。
王岸然很肯定的点点头,“不试试,你怎么知道不可以……”
…………
自己一开始就搞EDA设计软件,无疑是走对了最重要的一步,CPU设计在EDA软件的帮助下,很多疑难问题都变的简单。
比如说,使用EDA软件,设计师不需要知道,在底层上晶体管是如何进行逻辑处理,他只需要将已有的逻辑门组成逻辑单元,再将这些单元设计成更大规模的计算单元。
这无疑大大降低了设计的门槛和设计的难度。
而底层工程师的作用,就是面对这些抽象逻辑门和逻辑单元,寻求更简便的晶体管和电器元件,将它们在物理层面上显示出来。
这就像流水线,原来是作坊式设计,现在设计了两个流水,一个是设计CPU,一个是设计电路。
在9102年,这个流水线还将深化成数十个设计门类,同样EDA软件的专业化类别也将提升。
华芯科技现在正往这个方向发展。
经过重新设计的CPU在EDA模拟测试中表现优良,比起200mhz加上单纯的超线程技术的性能,提升了37%。
晶体管数目提升了16%。
可以接受的范围。
付教授指着测试结果说道:“王总,真没想到,加上L2缓存和分支预测,CPU性能竟然有这般提升,同频率下有近50%性能优势。”
王岸然说道:“就是不能上到200mhz,有些遗憾啊。”
CPU频率受到总线以及L2缓存的影响,200mhz的频率下发热将无法控制,但166Mhz下,加上良好的散热应该是可以的,这还要看流片生产出来之后,具体的测试情况才能知道。
但即便如此,比起世面上最新款色奔腾586,133Mhz的频率,还是有很大的超越。
看来,完全可以把Intel摁在地上摩擦……
…………
一个月后,王岸然重新回到公众的实现,对于华芯科技的CPU计划,王岸然已经有了决定。
克拉克在第一时间联系到王岸然,在王岸然办公室,克拉克表示了他的忧虑。
“王总,是否可以明确的告诉我,华芯科技已经决定进入CPU领域。”
王岸然点点头。
克拉克叹了一口气说道:“真是个令人失望的消息,王先生是想着拿投资人的钱试水陌生的项目吗?我对贵公司的CPU项目表示遗憾,这注定是不会成功的。”
王岸然饶有兴致的说道:“克拉克先生,为什么这么说呢?”
克拉克连解释都不想解释,三岁小孩都能看出的道理,你王总能看不明白!
CPU如果真的这么好搞,为什么世界上只有Intel,amd,美年达,IBM等区区数家?
“王总,如果贵公司执意进入CPU行业的话,高盛可能对贵公司今后的发展表示怀疑,这将对华芯科技的估值有重大影响。”
王岸然喝了一口水,淡定的说道:“克拉克先生,万一华芯科技成功了呢!”
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另外一个就是深度流水,就是把一条指令分成多步执行,奔腾处理器的流水深度达到十四级,发展到奔腾四处理器的时候,流水深度已经达到二十多级。
超流水技术在提高性能和主频上,有着显著的作用,但也不是没有缺陷。
其中最大的缺陷就是,超长的流水面临执行效率的低下。
这也是奔四时代,同主频的Intel奔腾四处理器,往往被和其频率相似的AMD速龙处理器摁在地上摩擦。
而超线程可以完美解决这个问题。
在这个主频至上的年代,华芯科技的CPU想要在市场上打出名头,自然在主频上有所考虑。
而提高主频只有两个办法,一是提高制程,二是提高技术。
制程上,华芯科技没得选择,只有在技术上想办法。
王黯然的解决办法是,首先在CPU的指令集上,大量采用RISC精简指令,因为计算机每一条指令都需要额外的晶体管和电器元器件,而大部分复杂指令可以有多个精简指令组合而成,在效率和性能上选择好平衡点。
其次就是选择超流水技术,华芯科技的第一代CPU的流水设计为18级,设计频率为200Mhz,自然也存在流水线执行效率不足的缺陷。
这款CPU的原本设计的技术指标,浮点,整数等计算,已经不弱于世面上奔腾处理器。
加上超线程技术,王岸然对模拟的结果很是期待。
不过事实给了他一道响亮的耳光。
EDA模拟测试结果显示,smt超线程技术没有给CPU带来显著的性能提升。
花费10%数目的晶体管搭建,只带来10%左右的性能提升,这已经是鸡肋般的存在。
华芯科技没有必要为了这10%的性能提升,爆出如此重要的技术。
王岸然分析原因,应该是十八级仍然没有发掘完ilp流水的潜力,而且这个时代的CPU设计,受限于晶体管的数目,本身的闲置资源也是有限。
那问题来了,这10%的晶体管加到哪里。
这对于王岸然这样的大师来说,根本不是什么问题,提升CPU性能的方法很多,适用这个时代的才是最好的。
最终的解决方案就是,王岸然把AMD运用成熟的tage分支预测算法加入到新款CPU当中。
分支预测的目标就是,在CPU处理进程,发生分支时,提前存储在分支目标的缓存区当中。
而分支算法的精髓就是,猜测指令流的路径。
那么问题来了,若是猜错了怎么办?
猜错了解决的方法很简单,那就是再猜,一直到猜对为止。
但带来的后果是很明显的,进程停滞,CPU执行效率低下,用户的体验就是电脑卡顿。
所以,一个优秀的分支预测方法在CPU执行效率上,往往对性能有巨大的提升。
……
付炎是科院培养的研究生,在剑桥大学微电子专业拿的博士学位,还在德州仪器欧洲研究所呆过三年时间。
这是华芯科技花了大代价挖过来海龟人才。
付炎在计算机算法上有很深的造诣,在国内外很多重量级刊物上发表过文章。
原本以为来到华芯科技,也是大材小用了,没想到一进来就进入CPU事业部。
华芯科技竟然有这样的野心?
作为中国人,付炎跟你大多数人一样,有着一颗中国芯梦。
可华芯能做好中国芯吗?
三天之后,付炎从怀疑转为肯定和惊叹。
从指令集,到CPU架构设计,华芯科技有着非同寻常的底蕴。
这还是一家初创公司吗?从开始几十号人,到现在也不足200号人,竟然能撑起CPU设计的大任?
而付炎在这里,也可以发挥出他数学算法的专长。
不过今天他算是见识了,自家这位传奇创始人的手段。
简简单单的变换了预测表更换的策略,再添加了几个预测的策略,整个预测的精准度提升了30%。
王岸然摇摇头,这可是他借鉴别人的成果,没什么值得夸耀的,一个预测表策略的优化,那是集中了数十代处理器技术的发展,数万科技人员智慧的结晶,要知道tage分支预测算法,那是得过四项国际大奖的。
相比于原版的,在华芯科技集成的CPU分支预测算法只能算是阉割版的,这没办法,原版的算法要完整实现,300万晶体管都不够。
而王岸然的低调在付炎严重,成了深不可测的意味,在让他高傲的自尊心受到打击的同时,也让他沉下心来,继续做完下面的事。
“付教授,想让分支预测有更好的施展空间,对分支预测表的宽度,以及预读取的数据容量有更高的要求,在CPU缓存之下,有必要再设计一道二级缓存。”
付炎摇摇头,说道:“好是好,但技术上行不通,二级缓存需要总线另外分配带宽,事必影响CPU与内存之间的通信。
再加上sram高速缓存不光成本高昂,所占的芯片面积也将是个问题,我们将没有足够的晶体管来实现其他的功能。”
王岸然摇摇头,越是高精的人才越容易被常规思维限制住想象。
Intel是行业霸主不错,但也犯过在奔腾三时代,为了不让规模巨大的sram缓存占用有限的CPU核心面积,“创造性”的将CPU二级缓存集成到CPU核心外面,造成CPU二级缓存只能以半速运行。
结果就是CPU运行效率低下,性能孱弱,面对AMD同期的K6架构CPU,落于下风。
“付教授,我们可以给L2缓存单独设计一套总线通讯总线,只不过需要2%左右的晶体管。”
“重新设计一套总线?”
王岸然点点头,继续说道:“二级缓存没必要用sram高速缓存,edram高速缓存也可以,加上128kb的L2缓存,性能值得期待。”
付炎很惊讶,老板的思维真是天马行空,不拘一格,不过他还是把疑问提出来。
要知道当今所有的芯片设计,还没有把edram作为CPU高速缓存的案例,华芯科技第一款CPU,有必要做第一个吃螃蟹的公司吗?
“王总,这,edram真的可以吗?”
当然可以了,这个时代虽然没试过,但在9102年,edram高速缓存已经是非常成熟的技术。
王岸然很肯定的点点头,“不试试,你怎么知道不可以……”
…………
自己一开始就搞EDA设计软件,无疑是走对了最重要的一步,CPU设计在EDA软件的帮助下,很多疑难问题都变的简单。
比如说,使用EDA软件,设计师不需要知道,在底层上晶体管是如何进行逻辑处理,他只需要将已有的逻辑门组成逻辑单元,再将这些单元设计成更大规模的计算单元。
这无疑大大降低了设计的门槛和设计的难度。
而底层工程师的作用,就是面对这些抽象逻辑门和逻辑单元,寻求更简便的晶体管和电器元件,将它们在物理层面上显示出来。
这就像流水线,原来是作坊式设计,现在设计了两个流水,一个是设计CPU,一个是设计电路。
在9102年,这个流水线还将深化成数十个设计门类,同样EDA软件的专业化类别也将提升。
华芯科技现在正往这个方向发展。
经过重新设计的CPU在EDA模拟测试中表现优良,比起200mhz加上单纯的超线程技术的性能,提升了37%。
晶体管数目提升了16%。
可以接受的范围。
付教授指着测试结果说道:“王总,真没想到,加上L2缓存和分支预测,CPU性能竟然有这般提升,同频率下有近50%性能优势。”
王岸然说道:“就是不能上到200mhz,有些遗憾啊。”
CPU频率受到总线以及L2缓存的影响,200mhz的频率下发热将无法控制,但166Mhz下,加上良好的散热应该是可以的,这还要看流片生产出来之后,具体的测试情况才能知道。
但即便如此,比起世面上最新款色奔腾586,133Mhz的频率,还是有很大的超越。
看来,完全可以把Intel摁在地上摩擦……
…………
一个月后,王岸然重新回到公众的实现,对于华芯科技的CPU计划,王岸然已经有了决定。
克拉克在第一时间联系到王岸然,在王岸然办公室,克拉克表示了他的忧虑。
“王总,是否可以明确的告诉我,华芯科技已经决定进入CPU领域。”
王岸然点点头。
克拉克叹了一口气说道:“真是个令人失望的消息,王先生是想着拿投资人的钱试水陌生的项目吗?我对贵公司的CPU项目表示遗憾,这注定是不会成功的。”
王岸然饶有兴致的说道:“克拉克先生,为什么这么说呢?”
克拉克连解释都不想解释,三岁小孩都能看出的道理,你王总能看不明白!
CPU如果真的这么好搞,为什么世界上只有Intel,amd,美年达,IBM等区区数家?
“王总,如果贵公司执意进入CPU行业的话,高盛可能对贵公司今后的发展表示怀疑,这将对华芯科技的估值有重大影响。”
王岸然喝了一口水,淡定的说道:“克拉克先生,万一华芯科技成功了呢!”
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