?第六章困難

    既然決定使用哈佛體系的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，所以片內(nèi)的數(shù)據(jù)總線和指令總線也必須分開(kāi)，以便于實(shí)現(xiàn)較高的指令流水線，目前用處不大，但是后續(xù)的產(chǎn)品在這個(gè)框架上將會(huì)越來(lái)越顯出優(yōu)勢(shì)。

    片內(nèi)也分?jǐn)?shù)據(jù)總線、指令總線和控制總線。片內(nèi)的數(shù)據(jù)總線主要用于內(nèi)部各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)流的通道，這個(gè)總線有一定的難度，因?yàn)檫@涉及到時(shí)序，數(shù)據(jù)總線上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)必須嚴(yán)格遵守時(shí)序要求，否則就會(huì)出現(xiàn)總線沖突問(wèn)題，這就和馬路上的紅綠燈控制交通一個(gè)道理。而指令總線很顯然是指令寄存器和程序存儲(chǔ)器之間通信的連接，控制總線將由處理器的控制模塊通過(guò)對(duì)指令譯碼產(chǎn)生對(duì)各個(gè)模塊操作的控制信號(hào)組成，這些信號(hào)間也必須具有嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系。

    張億誠(chéng)通過(guò)前世的知識(shí)理清了他們的關(guān)系后做出了大致的總線的設(shè)計(jì)圖，為什么說(shuō)是大致，因?yàn)橹陵P(guān)重要的時(shí)序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還沒(méi)完成。

    時(shí)序結(jié)構(gòu)用于描述處理器內(nèi)部各模塊及各相關(guān)要素之間的時(shí)間關(guān)系，也就是各個(gè)要素執(zhí)行的順序，處理器的時(shí)序設(shè)計(jì)還要包括控制模塊中控制狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)和處理器各個(gè)模塊的時(shí)鐘設(shè)計(jì)，其中控制模塊時(shí)序的實(shí)現(xiàn)主要有兩種方式：狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)方式和多時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)方式。

    狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)狀態(tài)空間來(lái)定義指令的執(zhí)行步驟，用狀態(tài)機(jī)輸出的控制信號(hào)協(xié)調(diào)處理器內(nèi)部功能電路來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的數(shù)據(jù)流功能，而多時(shí)鐘設(shè)計(jì)方式有利于時(shí)序電路的設(shè)計(jì)，比較容易實(shí)現(xiàn)各個(gè)要素之間的時(shí)序順序，多時(shí)鐘設(shè)計(jì)在工作效率和可擴(kuò)展性上不如狀態(tài)機(jī)，但是他有一條好處，那就是比狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的多。多時(shí)鐘使用固定的狀態(tài)空間及狀態(tài)轉(zhuǎn)移，以冗余的狀態(tài)空間為代價(jià)，獲取簡(jiǎn)單的狀態(tài)計(jì)算過(guò)程，所以不需要像狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)，增加額外的硬件資源來(lái)視線復(fù)雜的狀態(tài)轉(zhuǎn)移計(jì)算。思來(lái)想去，最后張億誠(chéng)還是決定使用多時(shí)鐘時(shí)序結(jié)構(gòu)。狀態(tài)機(jī)將作為以后的新技術(shù)配在高端芯片上。

    在進(jìn)行多時(shí)鐘的設(shè)計(jì)中使張億誠(chéng)又想到了門控電路，這可是節(jié)能降耗的好技術(shù)啊，使用門電路設(shè)計(jì)的門控時(shí)鐘用使能信號(hào)打開(kāi)或者關(guān)閉時(shí)鐘信號(hào)，這個(gè)使能信號(hào)控制著的門電路，當(dāng)時(shí)鐘關(guān)閉時(shí)，相應(yīng)的時(shí)鐘域被關(guān)閉，功能也暫停。門控時(shí)鐘是減小功耗的強(qiáng)大技術(shù)，因?yàn)樘幚砥髟趯?duì)外的數(shù)據(jù)交流中并不是一直在操作。

    當(dāng)張億誠(chéng)把門電路圖也繪制出來(lái)后，看了看手表已經(jīng)凌晨2點(diǎn)左右，看樣一晚上自己完成不了這個(gè)工作，還是過(guò)高的估計(jì)了自己，后面將還會(huì)有復(fù)雜的算法級(jí)設(shè)計(jì)等還沒(méi)完成，張億誠(chéng)決定放下手頭的未完成的工作去休息，把已經(jīng)完成的圖紙折疊整齊按次序的放入保險(xiǎn)箱，這里面出現(xiàn)了很多這個(gè)時(shí)代還沒(méi)有的設(shè)計(jì)思想如果泄漏出去他雖然可以獲得巨大的名聲，但是也將對(duì)他要開(kāi)展的工作造成不必要的損害，在一些關(guān)鍵設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上沒(méi)有取得專利時(shí)，他不打算發(fā)表任何論文。藍(lán)色巨人的身影無(wú)處不在，他們擁有強(qiáng)大的社會(huì)關(guān)系且還擁有上萬(wàn)名工程師，只要張億誠(chéng)的設(shè)計(jì)思想泄漏那么一點(diǎn)點(diǎn)，張億誠(chéng)相信很快將會(huì)出現(xiàn)基于此思想上的更多改進(jìn)型的更先進(jìn)的機(jī)器出現(xiàn)，這也是為什么他會(huì)慫恿他最親愛(ài)的同學(xué)埃里克去“裝配自己的計(jì)算機(jī)”的原因，他還沒(méi)有實(shí)力承受ibm、dec等這些公司的怒火。

    躺在床上張億誠(chéng)雖然感覺(jué)已經(jīng)很疲倦了，但是大腦依然處于興奮狀態(tài)，他又仔細(xì)的盤算了下以后的發(fā)展方式，如何才能在夾縫中發(fā)展壯大。世界上無(wú)論這個(gè)世界還是前世都是一流的公司做標(biāo)準(zhǔn)，二流的公司做技術(shù)，三流公司只能出賣自己的資源和勞動(dòng)力了。而現(xiàn)在張億誠(chéng)就站在暗處準(zhǔn)備同這些巨無(wú)霸公司做標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)權(quán)爭(zhēng)奪，。

    一夜無(wú)話，第二天天不亮張億誠(chéng)就起了床，前世的習(xí)慣，到外面跑了一圈回到自己的小院子里又打了一遍太極，感覺(jué)精神好了很多。匆匆的把昨天剩下的烤土豆和烤豬排加熱吃了下，又一頭扎進(jìn)客廳投入未完成的工作中，剩下的已經(jīng)不多，主要是算法的設(shè)計(jì)，和完成后的復(fù)查，盡最大可能減少出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。工作到中午的時(shí)候設(shè)計(jì)基本已經(jīng)完成，這個(gè)時(shí)候還要經(jīng)過(guò)一系列嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的驗(yàn)證、測(cè)試、優(yōu)化才能保證設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有商業(yè)價(jià)值。目前這種狀態(tài)張億誠(chéng)還沒(méi)有這些條件，他只能以自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來(lái)判斷，他還沒(méi)有工廠來(lái)幫他生產(chǎn)流片來(lái)驗(yàn)證這些理論上的性能數(shù)據(jù)。

    通過(guò)設(shè)計(jì)這將是一款真正的16位微處理器，用單一5v電源，時(shí)鐘頻率理論上將達(dá)到6mhz~12mhz采用3級(jí)的流水線哈佛體系結(jié)構(gòu)，增加的流水線設(shè)計(jì)提高了時(shí)鐘頻率和并行能力，每一個(gè)指令的處理分配為了3個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)有3個(gè)指令在執(zhí)行，為了通用性采取了主，輔雙指令集設(shè)計(jì)模式。同時(shí)包含浮點(diǎn)指令部分和整數(shù)部分，擁有16個(gè)16位寄存器初步達(dá)到了張億誠(chéng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

    那么下面將是制造樣片驗(yàn)證的過(guò)程，據(jù)張億誠(chéng)的估計(jì)要想制作出這樣的一個(gè)粗糙的芯片晶體管估計(jì)要達(dá)到3－5萬(wàn)根左右。那么下一步將是制造，制造又分代工廠（oem）模式和自設(shè)工廠，代工廠生產(chǎn)的話是最簡(jiǎn)便的，但是對(duì)于后續(xù)的工藝水平的研發(fā)將不利，自設(shè)工廠對(duì)于技術(shù)的保密形成技術(shù)優(yōu)勢(shì)是不二選擇，但是生產(chǎn)設(shè)備和工人前期的工作培訓(xùn)會(huì)是一大比開(kāi)支。張億誠(chéng)仔細(xì)的思考了一遍，還是決定自設(shè)工廠生產(chǎn)，將來(lái)?xiàng)l件若合適會(huì)立即轉(zhuǎn)移到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，這樣可以帶動(dòng)周邊的一大批周邊產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，這也正是自己來(lái)到這個(gè)世界的初衷。

    由于以前張億誠(chéng)剛進(jìn)研究所的時(shí)候，跟前輩們學(xué)過(guò)一段時(shí)間的半導(dǎo)體的研究所以對(duì)處理器的制作初級(jí)過(guò)程還是比較了解，自己現(xiàn)在要造的也不是什么高級(jí)貨，難度應(yīng)該不是很大。

    多數(shù)人應(yīng)該都知道現(xiàn)在的處理器大都是使用硅材料制成的。硅是一種非金屬元素，從化學(xué)的角度來(lái)看，由于他處于元素周期表中金屬元素區(qū)和非金屬元素區(qū)的交界區(qū)，所以具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，適合制造各種微小的晶體管，是目前最適合制造大規(guī)模集成電路的材料，一般來(lái)說(shuō)硅是從沙子里提取出來(lái)的。當(dāng)然，處理器的制作過(guò)程中還要使用一些其他的材料，這也是為何前世的時(shí)候人們不會(huì)看到英特爾和amd公司把成噸的沙子拉往他們的制造工廠。能制成處理器級(jí)別的硅對(duì)純度要求非常高，正因?yàn)榇藢?duì)材料提純工藝的復(fù)雜，人們是無(wú)法將一頓沙子與一百克的高純硅的價(jià)值相提并論，半導(dǎo)體巨頭就是具有把沙子變成黃金的手段的公司。

    在張億誠(chéng)的印象中，處理器的制造過(guò)程可以大致分為這么幾大步驟：沙子原料提存、形成硅錠、晶圓、光刻（平板印刷）、蝕刻、離子注入、金屬沉淀、金屬層、互聯(lián)、晶圓測(cè)試與切割、核心封裝、等級(jí)測(cè)試和包裝上市等步驟，而且每一步驟里又包含很多的細(xì)致的過(guò)程。

    前兩步甚至前三步張億誠(chéng)都不打算自己做，與后面幾步相比沒(méi)太大技術(shù)含量，固定投資又需要很多錢，最主要是電消耗大戶，在自己的芯片業(yè)務(wù)沒(méi)上規(guī)模前投入資金進(jìn)去不可能盈利，等到把成本收回來(lái)不知道猴年馬月的事。

    那么下面的這些步驟，張億誠(chéng)大致知道有這么回事，要真的具體去操作做，自己還真不一定搞的定，這就需要這方面的人才，人才那里來(lái)？一、登報(bào)招聘，二、同學(xué)學(xué)校導(dǎo)師的推薦。如果登報(bào)招聘以自己目前能給的出的價(jià)錢和自己的知名度很難吸引到真正的高級(jí)人才，自己可沒(méi)所謂的王八之氣，虎軀一震各需要的人才紛紛納頭就拜，爭(zhēng)著搶著給自己干活還不要錢，說(shuō)到底這是個(gè)分工協(xié)作的金錢社會(huì)。那么只有通過(guò)導(dǎo)師的推薦這一條路，由于美國(guó)大學(xué)的學(xué)風(fēng)，使得各大學(xué)的交流很頻繁，所以在某些領(lǐng)域有潛力或者特殊才能的人經(jīng)常的會(huì)到各個(gè)大學(xué)做講演或者學(xué)術(shù)方面的合作，因此各教授間有一定的牽扯，而這個(gè)時(shí)候的美國(guó)學(xué)術(shù)界和商界交流也比較的頻繁，很多知名學(xué)者有自己的研究成果時(shí)候要么出售專利要么下海創(chuàng)業(yè)，沒(méi)有前世的中國(guó)那種政府官僚主義，而這就是張億誠(chéng)的契機(jī)，他為什么不想因?yàn)榱P款的事情而和學(xué)校大吵大鬧甚至對(duì)簿公堂，也是因?yàn)樵谧约簺](méi)發(fā)展起來(lái)前通過(guò)學(xué)校能招到自己需要的人才。

    要找到合適的人才，目前最適合的只有ibm、dec、英特爾、amd、摩托羅拉、德州儀器等這幾家著名的半導(dǎo)體公司，以自己目前這種學(xué)術(shù)上沒(méi)有作為，資金又沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的人直接去挖人等于天方夜譚。