《香江:從破產電器廠到全球巨頭》第150章 曙光一號(1)

作者:量子溯光·1天前

松芝的拆解報告擺在松本健一辦公桌上的同一個月,李家港在創世紀實驗室的白板上畫下了一個新的方框。這個方框比收音機的外殼輪廓大得多,比錄影機磁鼓的剖面圖更復雜,裡面套著幾個小方框,分別標註著CPU、儲存器、顯示控制器、音訊處理器和鍵盤介面。每個方框之間用箭頭連線,箭頭上標註了資料匯流排的位寬和時鐘頻率。方框的最上方他用紅筆寫下了一行字——“曙光一號:16位個人計算機,目標成本控制在進口同級產品的五成以內。”

這是繼星辰收音機、視霸錄影機之後的第三個核心專案,也是第一次跳出消費電子產品直接切入當時被IB蘋果兩大巨頭牢牢控制的個人計算機領域。從收音機到錄影機,本質還是在消費電子的延長線上往前推——外殼、電路、核心元件,每一層技術都是從他過去幾年在極端條件下積累的供應鏈和工藝經驗裡自然延伸出來的。但計算機是另一套技術棧:CPU架構、儲存器介面、作業系統、編譯工具鏈,沒有一個是他能從收音機產線上直接搬過來的。

他站在白板前,看著那些方框和箭頭。收音機的核心是訊號處理,錄影機的核心是精密機械與電磁轉換,計算機的核心是邏輯——成百上千個邏輯閘在極短的時間內完成指令的取碼、譯碼、執行和寫回。他在前世教過計算機體系結構,帶過研究生用FPGA實現完整的RISC處理器,但那是在有成熟EDA工具和標準單元庫的條件下。此刻他手裡只有一盒記號筆、一塊白板和一個從矽谷帶回來的晶片架構天才。他拿起筆在CPU方框旁邊加了一行備註:“所有IP核全部自行設計,不向任何第三方購買授權。”這意味著從CPU的算術邏輯單元到儲存控制器的地址多路複用器,從顯示控制器的畫素時序發生器到音訊處理器的D/A轉換邏輯,全部要林知夏和他的團隊一行一行地從零寫起。

林知夏正坐在實驗室角落那張舊木桌前,面前攤著從美國帶回來的晶片設計手冊和幾疊手繪的時序圖。他聽到白板方向傳來的聲音,從滿是方程的手稿裡抬起頭,推了一下滑到鼻尖的眼鏡。他走到白板前,沒有說話,只是盯著那些方框和箭頭看了很久。然後他拿起一支記號筆,在CPU和儲存控制器之間那條線上畫了一個圈,把匯流排寬度從十六位改成了三十二位,標註了新的時序頻率。又在顯示控制器和音訊處理器之間加了一級獨立的中斷控制器,在鍵盤介面旁邊畫了一個直接儲存器訪問控制器的方框,把整個晶片的時鐘樹重新設計了一遍——主時鐘分成幾個獨立的分支,每個分支根據對應模組的時序需求預分配不同的頻率。

他畫了將近二十分鐘,每一步都在嘴裡碎碎念著邏輯閘的級數和流水線的衝突點。畫到中斷優先順序分配表時他停下來,把筆夾在手指間,對著滿白板的線條和標註沉默了好幾秒,然後說出了那句話:“可以做。”這是他第一次沒有猶豫就回答“可以做”。

阿強從車間裡繞完當天最後一批中周線圈走進實驗室,看到白板上被林知夏畫滿的架構圖,沒出聲。他走到白板前,用指尖沿著CPU模組與儲存控制器之間那條被改成三十二位的資料匯流排緩緩劃了過去——那條線的粗細和他在磁鼓剖面圖上標註旋轉間隙公差時用的筆觸一模一樣。他說這就不是給現在用的,是給以後留的。劉師傅從注塑車間過來,站在阿強旁邊看著白板上那些密密麻麻的方框,問這玩意兒得幾千個焊點,然後摘下老花鏡端詳了半天,說以後不知道要多精的模具,先練練手。他回到注塑車間讓師弟把鑽床的精度校準重新做了一遍。

李家港在白板上補充了一個時間節點——“樣片驗證原型,預計明年年底之前跑通全部基準測試”。他在這個時間節點旁邊加了一行備註:“測試環境搭建:用軟體模擬整個指令集,把所有可能出現的指令組合全部跑一遍。測試周期會很長,但全部可追溯。”林知夏說測試過程預計要模擬相當多種指令組合,每一種組合都要逐條驗證處理器在取指、譯碼、執行、寫回四級流水線上的全部時序狀態。他說這句話時已經坐回角落那張舊木桌前,在稿紙上開始畫CPU前端設計的第一版初步架構草圖。

幾天後的一個深夜,林知夏把CPU前端設計的架構草圖貼在白板上。整張草圖鋪滿了暫存器的傳送路徑和流水線站點的環繞框圖,每一級流水線之間的資料依賴關係用不同顏色的箭頭標註。他站在白板前對李家港和幾個核心工程師說:“精簡指令集架構,五級流水,單週期執行。但這個方案要想跑通——不是設計難度,是測試難度。需要一顆跟它完全等價的參考晶片做逐條指令比對,我們沒有。”

“我們自己寫參考模型,”李家港拿起桌角那本祖父留下的筆記本,翻到祖父當年為收音機變壓器自研繞線圈引數寫驗證程式的那幾頁,“用軟體模擬整個指令集,把所有可能出現的指令組合全部跑一遍。測試周期會很長,但全部可追溯。你負責設計,我負責驗證。”

林知夏從抽屜裡拿出在矽谷時用過的一本已經翻得起了毛邊的晶片設計筆記,翻到某一頁——上面是精簡指令集架構的早期手稿,旁邊用鉛筆寫著幾行字。他把這幾頁影印下來貼在曙光一號的白板旁邊,在角落裡標註了日期。他說精簡指令集的精髓不是指令少,是把每一個指令的執行週期壓縮到不能再壓縮。他在CPU前端設計的第三版草圖上已經完成了五級流水線的全部時序分配,正在攻關執行單元裡條件分支指令的延遲槽最佳化——這是精簡指令集架構中最核心的技術難點之一。李家港從實驗室檔案櫃裡拿出他在寶安無線電廠留給方工的那套中周變壓器手繪圖紙的影印件,攤在林知夏的設計稿旁邊。他說當年繞中周變壓器試了兩百多次才成功,每一次失敗都記在本子上——不是因為不知道原理,是因為從原理到實現的每一步都藏著無數個細節。方工拿到圖紙之後很快就突破了Q值八十,而那些細節他和阿強在實驗臺前熬了無數個晚上。林知夏低頭看著那張發黃的圖紙上密密麻麻的燒結溫度曲線和繞線圈手勢標註,說那就把每一個細節都記下來,以後給別人用。

阿強把一摞新列印好的磁鼓底座長週期耐久測試資料放在實驗臺上,說品控手冊裡所有測試標準都已經同步更新到曙光一號的驗證流程裡。以後不管晶片設計修改多少版,每一版的測試資料都必須歸檔儲存。他把那枚Q值八十九的中周變壓器從實驗室書架上取下來,端端正正地擱在曙光一號白板旁邊——它是創世紀第一個里程碑,但以後還會有更多。窗外九龍塘的夜色已經完全沉降,實驗室裡的燈還亮著。方潔瑛端著一壺剛泡好的普洱茶走進來,給每個人倒了一杯,然後把啟明從嬰兒床裡抱起來,讓他看白板上那些密密麻麻的方框和箭頭。啟明伸出手想去抓那些彩色的線條,方潔瑛輕輕把他的小手攏回來,說那是晶片架構圖,等你長大了阿爸會教你畫。窗外那顆啟明星正低懸在飛鵝嶺上方,白板上的架構圖在燈光下泛著極淡的光澤——那是創世紀從類比電路時代跨入數字邏輯時代的第一張藍圖。

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