《重生之科技香江》第49章 自主研发CPU

    石莫确定了公司先重点研发CPU后，说道：“在2012实验室设立一个芯片设计研究所，后面公司会招收IC设计领域的人才组建研发团队，专门用来进行CPU等芯片的研发设计事项，这个研究所就由马许院博士负责，马博士，你有什么问题吗？”石莫说完后转头看向马许院。
    马许院是里斯本技术大学电机工程学士。其后分别取得电机工程硕土和电脑工程博士学位，如果没有石莫的截胡，马许院以后还会任该校的助教至助理教授，1992年出任澳门大学科技学院客座教授，并先后为科技学院科技研究中心主任、科技学院院长，澳门大学副校长。他在澳大组建了一个微电子领域的研究团队及相关实验室，致力开发高科技微电子研究项目。
    澳门大学微电子实验室在经过十多年的开拓和发展后，在芯片设计技术方面取得了瞩目的成果。后世中国集成电路设计方向，只有两家国家级重点实验室：其一是复旦大学的专用集成电路与系统国家重点实验室；另一家，就是马许愿主导的澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室。
    马许院对石莫问道：“老板，我们是要自主研发一个指令集和微构架吗？还是去获得其他公司的指令集授权，然后再研发自己的CPU？”
    石莫答道：“我们公司自己重新研发出来一个指令集和微构架吧，想去取得别的公司的授权很困难的，费时费力，还不如自己重新设计一个，以后也不会出现专利纠纷等问题。”
    80年还是DOS系统的时代，图形系统都还没有，大部分软件都还没开发出来，所以石莫现在不用考虑软件生态的问题，这是一个有利于自己开发指令集的条件。
    注意！前方高能预警，非技术控请直接跳过。
    CPU即中央处理器，是负责计算机主要运算任务的组件。CPU执行计算任务时都需要遵从一定的规范，程序在被执行前都需要先翻译为CPU可以理解的语言，这种规范或语言就是指令集。程序被按照某种指令集的规范翻译为CPU可识别的底层代码的过程叫做编译。
    后世的x86、ARMv8、MIPS都是指令集的代号。x86是英特尔公司研发的指令集，指令集可以被扩展，如x86增加64位支持就有了x86-64。厂商开发兼容某种指令集的CPU需要指令集专利持有者授权，典型例子如Intel授权AMD，使后者可以开发兼容x86指令集的CPU。
    CPU的基本组成单元即为核心。多个核心可以同时执行多件计算任务，前提是这些任务没有先后顺序。核心的实现方式被称为微架构。微架构的设计影响核心可以达到的最高频率、核心在一定频率下能执行的运算量、一定工艺水平下核心的能耗水平等等。
    需要注意的是微架构与指令集是两个不同的概念：指令集是CPU选择的语言，而微架构是具体的实现。比如说i7-4770的核心是Haswell微架构，这种微架构兼容x86指令集。
    前面说过，软件必须编译后才能在某种指令集平台上运行，而编译是很复杂的事情，绝大多数闭源软件仅仅会对少数一两个平台编译。因而支持某种指令集的软件应用越多，这种指令集也就越有市场优势，新开发的微架构只需要兼容某种指令集，那么就可以很容易运行大量为其开发的软件。
    在PC时代，几大主要的CPU研发厂商都只是自己研制微架构自己用。
    后世因为微软的强势与Wintel联盟的推动，x86指令集成了最受欢迎的角色，帮助Intel用彼时性能相对落后的微架构在PC平台挤跑了一众对手。后PC时代由于苹果谷歌的两大操作系统平台的推动，ARM指令集又取得了绝对的市场优势。
    但对于新的CPU研发单位来说，他们想获得热门指令集的兼容授权是很困难的事情。因为对于指令集所有者来说，指令集多授权一家就多个对手啊。
    早年x86与ARM的指令集授权是拿钱买不到的，想要得到都需要进行高水平专利交换。拿到x86授权的几家厂商要么是拿的早（AMD、Cyrix、IDT），要么是有高水平技术与Intel交易（Transmeta，以功耗控制技术同Intel交易）。后来Nvidia想要研发自己的CPU，找Intel软磨硬泡后者就是不给，搞得Nvidia相当无奈。国内的研发单位一开始研究时自知不可能拿到x86授权，于是各自去找关系好些的其他授权方解决问题了。ARM这边也一直对指令集授权卡的很死，之前只有高通、博通和Intel得到，也是通过技术交换的形式。
    如果仅仅从ARM购买微架构来组装芯片的厂商是不能被称作CPU研发企业的，这些芯片也不能被称为“xx厂商研发的CPU”。典型如华为的海思980、三星Exynos8050，只能说是“使用ARMCortex-A15核心的芯片”。但是如果一款兼容ARM指令集的芯片使用了厂商自主研发的微架构情况就不同了。高通骁龙800、苹果A7就是这样的例子，它们分别使用了高通、苹果自主研发的CPU。
    ARM公司将自己研发的指令集叫做ARM指令集，同时它还研发具体的微架构，如Cortex系列并对外授权。但是，一款CPU使用了ARM指令集不等于它就使用了ARM研发的微架构。Intel、高通、苹果、Nvidia等厂商都自行开发了兼容ARM指令集的微架构，同时还有许多厂商使用ARM开发的微架构来制造CPU。通常，业界认为只有具备独立的微架构研发能力的企业才算具备了CPU研发能力，而是否使用自行研发的指令集无关紧要。微架构的研发也是IT产业技术含量最高的领域之一。
    微架构研发完成，或者说核心研发完成，接下来就是将其组装为芯片了。现在的芯片仅仅包括CPU部分，后世大量的芯片集成了CPU、GPU、IO等多种不同的功能组件，此时这种芯片就不是传统意义上的“CPU”了。将各种功能组件组装为芯片的技术含量相比微架构研发来说是较低的，因而业界能做此类工作的企业也数量较多。
    指令集与微架构是不同的概念，不可混淆；CPU研发指的是微架构研发；
    后世随着智能设备市场不断扩大，ARM阵营也不断壮大。占领智能设备领域后，ARM阵营开始进入PC、服务器与高性能计算领域。先是ARM发布了ARMv864位指令集规范，接着是各大厂商纷纷开始研发基于ARMv8的高性能微架构。有人会问，ARM指令集不是为低功耗设备研发的吗？怎么现在又开始做高性能CPU了呢？早年这样的怀疑是很有道理的，因为彼时不同指令集对微架构的影响还比较大，ARM适合低功耗，x86适合PC，Power适合小型机……这类区分是存在的。但是随着技术进步，指令集对微架构的影响已经小到可以忽略，任何指令集都可以做出适合不同领域的优秀微架构来。因此用户看到x86指令集的手机cpu或是ARM指令集的服务器CPU都无需惊讶，这是技术发展的自然结果。21世纪的指令集不再有“最适合领域”的说法。
    石莫继续说道：“公司将投入30亿美元以上，也就是200亿港币以上来研发自己的CPU，进行重点突破，实现自主发展，然后施行产业链横向扩张，从CPU芯片到DSP芯片、存储器芯片等。马博士这个艰巨的任务就交给你了，希望你能不惧艰险，勇往直前，最终为公司取得丰硕的成果。”
    石莫相信只要搞定知识产权问题，选择对技术路线，找会干的人，投入干，CPU／芯片就能够做出来。
    马许院点点头，郑重说道：“好的，老板，我不会让您失望的，芯片定会研发成功。”
    这可是几百亿港币啊，可以招收大量的IC设计人才，马许院相信凭着自己的才学和这强大的研发团队一定不会失败的。