深入浅出 微处理器大师分享IC设计经验

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8、在书里您还预测了FPGA的未来。而几天之前，Xilinx宣布嵌入ARM的CortexA9核。您觉得这是否是一种新趋势？是否与Tensilica的DPU形成竞争呢？

      ChrisRowen：其实……并没啥。我的意思是这种往处理器里一股脑嵌入FPGA的活儿，大概已经折腾了快10年了。Altera宣布他们与ARM互相嵌的时候，让我想想啊，也是8年前了吧？(Larry：没错！)

      所以，这就跟任何一个系统想要找块芯片，或者三块芯片一块儿呆着，没啥区别。当然，偶尔你也会碰巧搞出一块啥都囊括了的数字芯片。话说回来，FPGA兄弟们有一个根本性的挑战，那就是FPGA的通用性非常高，可以做的事儿也贼多。但祸福相倚，要是让它专注做一件事的话，也就不是那么有效率了。所以，如果你想真正有效地利用处理器，我估计你情愿在处理器里随便嵌一个稍微稳定点的东西，而不是FPGA。

      我认为这是非常自然的一步。Xlinx以前也搭过PowerPC，对吧？这其实是一码事。它压根没有改变任何原有的架构，也没有在CPU和FPGA的功能之间取得任何逻辑上的合并(Merge)。部分是因为他们没有任何合并的工具软件模式。

      当然，FPGA是很容易配置的，而且价格也便宜。因此，他们占据了一部分的市场，尤其是那些量低而开发成本又低的。因此，我们在市面上看到大量的FPGA设计。但是基于FPGA的设计总量是很小的。它其实是一个利基(Niche)市场。极端地说，即便有很多工程师在使用它，但几乎所有都是低产量的。

      所以我的意思是，FPGA很重要，但不是Tensilica公司关注的。我们专注于高产量，并且帮助那些试图在设计上节约几纳米硅片的兄弟们。他们离得是远了点儿。当然他们偶尔也会重叠。譬如基站。以前有很多基站是采用Altera的储存方案的。挺重的。慢慢地我们看到越来越多因为容量、成本和功耗的要求，从FPGA转向了更加高集成度的芯片解决方案。

      9、我在IEEE的设计与测试(Design&Test)上看到一篇您的谈话。您说，如果我们想要进入嵌入式系统设计的大规模并行领域，可配置的多核处理器SoC就有一些问题必须得到解决。几年前，您还提到过，Intel最大的问题是怎样为通用计算应用配置多核处理器。您现在还觉得多核处理器遭遇困境吗？

      ChrisRowen：这个……其实是分开的两码事。对于多核应用层面而言，确实存在着重大考验。就是如何找到足够多的线程(Thread)来运行。但它不是Intel单独遇到的问题。这是一个涉及到应用程序是如何被调用，以及在当下如此小型的设备上如何架构的问题。即便打开我自己的笔记本电脑，当我想看看到底有多少个线程准备在跑，它基本上都是很少的。通常情况下，操作系统、用户界面和应用程序开发等等所调用的方式，都完全没有最大化利用线程的数量。

      所以，我认为你在基本的架构层面可以做的，就是提供更多的线程运行，并且充分地利用到并行。当然在应用层面也会有很多层级限制。你知道现在很方便就去搞个四核八核十六核的，但是在PC这一端，相对于服务器，只有相对较少的条件可以让我们找到这些线程。

      于是一大现象便是操作系统和应用程序的逐步重组(Restructuring)。

      另一个同样重要的现象是，确定哪些任务可以被放进数据层(DataPlane)。让我们来想想哪些东西通常是可以被放进数据处理器的，譬如在无线信道这类的通讯子系统，譬如存储系统，比如你怎么分发数据，或者你知道的，安全冗余，也可能是针对压缩流(PackingStream)的特殊网络处理器，它可以是视频也可以是音频。这些东西其实是更本质(Inherently)的并行处理。

      所以吧，我觉得这里有两种并行重组。其一是所谓的，去各地儿找更多的线程应用。另一种是为了维持整体系统中卸载(OffLoading)并行部分的最大值，并让之进入数据层。实际上我认为，在数据层提取并行是更容易操作的。因此，在数据层有效使用多核的数量，远大于单单在应用层面使用的多核。这也就是为啥我们认为自己正走在康庄大道上。关注于数据层，可以使我们在多核方面的成长速度大大超过那些只盯着应用层面的兄弟。

      10、所以在手机上就不是个问题咯？

      ChrisRowen：恩可以这么说。这变得相当容易，让我们举一个LTE基带(Baseband)的例子吧。我们的Atlas平台可以弄出七或八核，取决于你想怎么用。DoCoMo和他的合作伙伴，NEC、富士通以及松下，已经宣布并且详细描述了他们LTE基带架构。第一代是8到10核。另一个叫做BlueWonderCommunication的合作伙伴也推出了他们的8至10核的LTE基带。因此，现在就有三种不同的LTE基带，而这三种都使用了约8个核。在这个层面上是可以有大量的并行解决方案的。

      再看看下一代的LTE，大概有六点性能方面的因素需要考虑。其中一些是单核怎样可以更快，但更大部分和多核有关。所以我们很容易找到那些有效应用而20核甚至更多核于单一功能譬如基带的案例。和那些围观应用处理器的哥们比起来，他们如果感觉好，就整两个核玩玩；如果还很爽，那就再整四个。我觉得在数据层和应用层上，多核是有完全不同的机会的。

      11、最后一个问题：您当年在斯坦福参与奠基了RISC架构，后来也曾是MIPS的共同创始人。那么，请问您如何看待RISC架构的未来？依旧是ARM和MIPS之间的战争，抑或会发生一些新的大事件？

      ChrisRowen：这个……在科学上，理想架构已经完全改变了。这场关于CISC和RISC架构的争论，其实就是通用(GeneralPurpose)架构甲跟通用架构乙之间的竞争罢了。RISC赢得了一职半衔，是因为在某个特定时期内它手下有好几十项半导体技术。但在这场战争中，摩尔定律一下给出了这么多的晶体管，以至于你随便搞个简单的解码或者流水线，都能奢侈地爱用多少就用多少。没人管。所以一个RISC解码器可能要一万门，而CISC解码器需要五万门。其实也差不多了多少。

      不过我觉得除了通用架构之间互掐以外，还有一场更加深远的革命。我们现在来比较通用架构和一大家子的特殊用途(SpecialPurpose)架构，怎么样？几乎任何时候你都可以说，如果一个产品是围绕某种特定的需求来设计，那么特殊用途架构铁定胜出。

      RISC扁了CISC一段时间，因为它的效率高出2倍以上。那么为具体应用特殊定制的架构，就比所有通用架构都高效5至10倍以上了。 

      因此，这个世界不能再简单分成我的通用架构，和你的通用架构。当然对于那些非常分散(Defused)并且普适(Generic)的应用程序，就好比在笔记本上用的那些，我们还是需要通用架构的。因为一会儿你要看视频，一会儿又要运行Word或打游戏，或者Excel工作表。这是非常多样的。所以你需要一个德智体全面发展的处理器。不能太特别。

      但总之，你不得不面对一个世界，那里有各种各样不同的任务，而每样任务都是独特的。而且更为重要的是，当你因为摩尔定律而在芯片上集成的片上系统越多，你越会发觉有足够多的处理器适用于各种特定的应用子系统。

       因此对于我来说，计算的未来不是产生新的通用架构，而是特殊用途架构的集合。譬如一个音频子系统、视频子系统，一个基带子系统、存储子系统，哦对，还有应用处理器子系统。其中只有一个需要通用的结构(Construction)，其他里面都将是特殊的架构。在科学上，摩尔定律带来多核，多核又将带来特殊架构的解决方案。异型多核(HeterogenicMulti-Core)就是一种新架构。而且我觉得会成为主流。Intel、ARM、MIPS这些公司当然还会有很大的市场，但只限于应用处理器领域。其实在科学上，通用目的(GeneralPurpose)最终就会变成某一个特殊目的(SpecificPurpose)。