《香江:從破產電器廠到全球巨頭》第165章 曙光一號研發(一)(1)

作者:量子溯光·18小時前

曙光一號的CPU前端設計在第六版定稿的那個深夜,林知夏把延遲槽最佳化邏輯推到了一個新的高度。他在分支預測單元裡引入了一個簡化版的分支歷史表,用極少的硬體開銷——僅幾個位元的儲存空間和幾層邏輯閘——把延遲槽的有效填充率從前一版的基礎上大幅提升。這意味著在同樣主頻下,曙光一號的指令執行效率將顯著優於同等價位的進口處理器,那些被浪費的時鐘週期被壓縮到了幾乎可以忽略的程度。

這個突破來得並不突然。他在第五版架構圖定稿後,把全部精力都壓在了分支預測單元上,連續多日反覆推演分支歷史表的更新策略。傳統的分支歷史表需要較大的儲存空間來記錄每一條分支指令的歷史跳轉行為,但曙光一號的電晶體預算極為緊張——老錢在版圖佈局中明確告訴他,CPU核心區域的面積不能再增加,每多佔用一點面積,功耗和散熱壓力都會隨之上升。他必須在有限的硬體資源下找到最簡潔的實現方式。最後他從阿強繞線圈的手勢裡得到了啟發——阿強繞到第三十七圈時會把虎口往前推小半毫米,這個動作不是靠測量工具完成的,而是靠肌肉記憶。他由此類推,分支預測也不需要記錄完整的歷史跳轉路徑,只需要記住最近幾次跳轉的“趨勢方向”——就像手指記住繞線圈的弧度一樣。他在設計筆記裡詳細記錄了這個簡化版分支歷史表的設計推演過程,從第一版佔用了過多電晶體到最後精簡到極簡結構,每一版旁邊都標註了對應的硬體開銷和填充率。

梁工的模擬驗證環境同步跟進。他把林知夏新改好的分支預測單元拆成幾個獨立的測試分割槽,在隨機指令生成器裡專門為分支指令設計了一套傾向性取樣演算法——不是均勻隨機,而是故意放大條件分支指令的出現頻率,讓模擬器在有限時間內儘可能多地覆蓋各種跳轉場景。幾小時後測試結果全部打印出來,驗證日誌裡新增了一系列全指令覆蓋測試資料,所有與門級邏輯圖不一致的案例都被逐條標註在報告中——有些是分支歷史表在連續翻轉時漏掉了一個極端的時序視窗,有些是延遲槽填充邏輯在遇到前後兩條分支指令緊密排列時出現了資料冒險,有些是流水線控制訊號在分支預測失敗後的重新整理時序慢了極短的時鐘週期。林知夏根據這些報告逐一修正了對應模組的邏輯,梁工再把修正後的版本重新投入模擬。這套迭代機制經過長時間磨合已經運轉得相當高效:林知夏每改一次邏輯,梁工就能在幾小時內給出反饋,而反饋的結果又以列印紙的形式逐頁夾進驗證日誌。到曙光一號CPU前端設計正式凍結時,那本驗證日誌的分支指令測試專項分類已經積累了大量的測試資料和錯誤記錄,每一頁都有梁工親筆簽下的測試編號和日期。

與此同時,老錢在版圖臺前攻關CPU核心區域的佈局密度。他把林知夏最新定稿的門級邏輯圖逐層翻譯成電晶體級版圖——每一個邏輯閘都被拆成幾對互補的S管,每一對S管的溝道寬度和間距都根據他從德州儀器帶來的工藝引數逐一手算。CPU核心區域的面積預算極為緊張,他反覆調整標準單元庫的佈局密度和匯流排走線的層數,在面積和散熱之間尋找最優解。金屬層之間的通孔是版圖中最脆弱的環節——每一個通孔都會增加電阻和發熱,通孔太多功耗超標,通孔太少電流密度過大會燒斷金屬線。他在版圖臺前用了好幾個下午反覆畫了多版通孔佈局方案,最終找到了一種能夠在面積、功耗和電流密度之間達到平衡的最優排列方式。他在版圖佈局草圖的右下角用鉛筆寫了幾個字:“通孔佈局——最優解。”

李家港每天傍晚在實驗臺前逐項核對當天的進度,在專案進度表上用紅筆標註每一個節點的實際完成時間與計劃時間的偏差。他在進度表最下方新增了一欄,專門列出版圖佈線密度與模擬錯誤率之間的對應關係——這是他自己整理的,把老錢的版圖調整節點和梁工的模擬錯誤報告按時間線逐條對齊,發現兩者之間存在明顯的相關性。他把這幾條對應關係用紅筆圈出來,在旁邊寫了一行備註:版圖調整與模擬錯誤率聯動,物理實現反饋可作為架構最佳化的重要參考。

阿強也在品控手冊裡新增了一章——“晶片設計驗證工具鏈校準標準”。這一章的起因是梁工在跑模擬時偶爾發現邏輯分析儀的時鐘精度在不同溫度下會有極細微的漂移,雖然漂移幅度很小,不足以影響當前的測試結果,但他認為任何測量工具在投入使用前都應該建立定期校準機制。阿強把這個建議寫進了品控手冊,逐項列出實驗室所有在用裝置的校準週期、校準方法和校準記錄模板——示波器的探頭補償、邏輯分析儀的時鐘源、訊號發生器的輸出阻抗,每一項都有對應的標準化校準流程,校準結果必須由操作人簽字歸檔。

方潔瑛從設計工作室過來,把新一批曙光一號外殼的配色終稿放在實驗臺上。配色最終選定了一種偏冷色調的灰藍色,她在終稿旁邊附了一張手寫的便籤,說明這種灰藍在不同光照條件下都能保持視覺一致性。劉師傅接過配色終稿,從模具側面的白漆記錄板上抄下對應的色母配比引數,讓師弟把這一批外殼的排氣槽引數全部按基準版本歸檔。他自己則在曙光一號外殼模具的第一版水路圖上用紅筆加了一道新的冷卻通道——那是他專門為灰藍色外殼的保壓冷卻曲線設計的,彎道的弧度沿用了多年前他在星辰收音機天藍外殼模具上積累的經驗,但水流速和管徑做了調整,因為曙光一號外殼的厚度和尺寸都比收音機大。他畫完之後端詳了一陣,然後對著正在旁邊整理新一批磁鼓底座的阿強說:“呢只色,比星辰深咗一級。灰藍——阿瑛起嘅名,好貼切。”

阿強從磁鼓底座堆裡抬起頭,看了一眼劉師傅手裡那張水路圖,說明天他測試臺旁邊的示波器要借給梁工做時鐘源校準,讓劉師傅提前把模具車間的鑽床精度校準排在他師弟的班表裡。劉師傅說已經排了。窗外九龍塘的暮色正緩緩沉降,實驗室裡的燈還亮著,白板上曙光一號專案進度表上那些被紅筆逐行勾過的節點正在以穩定而不可逆的節奏,向著同一個方向匯聚。

猜你喜歡

同題材或同分類的其他作品。