主题：【闲聊】话说中国芯 -- 四月一日
这个行业特色说明了一个重要事实: 技术说话, 市场投票. 过去的成就不代表未来的生存, 现在的空白不代表永远要依赖. 什么时候都可以切入, 什么时候都可能淘汰. 异军突起可以横扫千军, 拥兵自重可能兵败山倒.
那么, 中国可以成为那个横扫千军的异军吗? 答案是: 看情况.
现在的龙芯指令集95%与MIPS兼容，不兼容的是项目初期为了避免提前卷入知识产权纠纷而有意规避的：
龙芯与MIPS的知识产权纠纷最常见的是MIPS指令系统中的几条（32位模式为4条，64位模式为8条）访存地址不对齐（Unaligned Memory Access）的指令。MIPS公司为这几条指令的实现方法在美国、日本、韩国、加拿大、澳大利亚申请了专利。但龙芯不存在对这几条指令的侵权问题。
（1）到目前为止，在市场上销售的所有龙芯处理器和龙芯IP都没有实现这几条指令。
（2）MIPS公司没有在中国申请与这几条指令有关的专利，因此在中国市场，不存在对这几条指令侵权的问题。
MIPS还有其他一些专利，如关于媒体指令的专利以及大尾段（Big Endian）和小尾段（Little Endian）切换的专利。但是龙芯没有使用，如龙芯2号中实现了完全自己定义的100条左右的媒体指令，只实现了小尾段的数据格式。
计算所的关于少量不兼容指令集的态度是明确的，那就是买下来。但买有个出钱的问题，更有时机的问题。随着龙芯的不断成熟，前景不断明朗，这个钱花出去就越来越没有争议了。随着自主创新的地方越来越多，如果能与MIPS能实现交叉授权，需要花的钱越来越少也是完全可能的。
计算所与业界多家知名的国际国内公司长期保持着友好的合作关系和联系，MIPS公司也是其中之一。双方领导高层进行过多次互访（其中包括计算所所长和MIPS的CEO）。MIPS公司希望计算所使用上述访存地址不对齐的指令，并购买MIPS公司对这几条指令的授权许可（即MIPS体系结构授权），实现与MIPS的全兼容。取得与MIPS兼容的授权有以下好处：
（1）实现上述指令后，在龙芯CPU上可运行MIPS计算机已有的应用软件，减少软件移植工作量。
（2）充分利用MIPS兼容的品牌优势。
（3）取得MIPS许可权后，同时取得MIPS公司在设计、验证等方面的全面技术支持。
计算所表示充分理解并正在与有关部门联系，争取采用适当的方式购买MIPS公司的相关授权。
除去通用芯片有那么大的广阔天地，只有像41兄这样大处挖坑小处着手才是正道。想当年日本技术经济水平如何？为什么五代机会失败？不把这一点想清楚，中国芯难免重复这条路。
中国目前的科技发展，坏就坏在大国思想大国包袱，非超前世界不做。其实前车之鉴就在身边。88年的时候就大叫对美国“可以说不”可是爱国青年们最痛恨的石原慎太郎。结果现在的半导体业日本居然很少份额。
功耗低，性能强，AMD的au系列就是MIPS的架构，其它高低端MIPS芯片不计其数。更重要的是，MIPS技术成熟，外围（OS，compiler，etc.)支持完备，经常被学校拿来做CPU和指令设计的课程，人才储备也充分。MIPS诞生于校园，可能专利问题也少，因此，从MIPS入手在我看来是非常合理的选择。
AMD也会搞鬼，弄个姥姥不疼，舅舅不爱的Geode，居然搞得国内媒体一片忙乱，它怎么不转让Au系列的技术呢？狡猾大大di。
MIPS的意思是"无内部互锁流水级的微处理器" (Microprocessor without interlocked piped stages)，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。他最早是在80年代初期由斯坦福（Stanford）大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。
这种高端产业不要着急领先于人，能够跟得上就及格，做不到产业化也不用急，但是得搞。
苏联的败笔我个人认为是太想领先了。
前面聊过了 PC 相关的 IC 产业, 把 PC 主板的 BOM 展开来看过一遍, 大致上把一片 PC 主板所需要的 IC 分成了四个大类: (1) CPU 与 Chipset, (2) I/F 控制器, (3) DRAM, Flash 等 Pin-to-pin Compatible IC, (4) TTL, MOSFET, EEPROM, Transistor, Regulator 等同型不同牌可完全替代的小 IC. 其中第四类小 IC 中, TTL, EEPROM, Transistor 几乎是完全没有差别, 而 MOSFET, Regulator 理论上是完全可替代, 但实际上有物理特性的效率问题. 这种现象在较小负载的时候还不明显, 在高负载的情况下就会因为 IC 发烫而影响到 component 的效率, 进而影响到整体的稳定性. 而第三类的 DRAM, Flash 等 IC 虽然是完全 pin-to-pin compatible 的, 但实际上还是有效能 (performance) 与兼容性 (compatibility) 的问题.
接下来, 就来聊聊 PC 的重头戏 CPU 与 chipset. 这两样东西是 PC 的命脉, 同时也是复杂度最高的元组件, 而这个 "最高复杂度" 同时存在于设计, 制造, 以及相关支持上. 由于 CPU 与 chipset 是一片主板上 gate count (一般用在判断 IC 的复杂度上) 最高的 IC, 同时也是需要最多技术支持, 如 BIOS 与 driver, 并需要售后服务如软件更新等. IC 业有两种主要的技术支持: 一种是售前的技术支持, 协助下游的主板厂商用自己的东西把主板做出来, 也就是前文所说的帮助客户做 design-in 的动作, 必须要让客户用这颗 IC 来设计主板, 自己以后才会有戏, 不然就没机会了. 由于 chipset 是主板的主 IC, 和 I/F 控制器不同的是换 chipset 几乎等于重新做一片主板, 换 I/F 控制器有时只需要做局部修改 (partial modification). 举例来说, 用 Intel 915 芯片做出来的板子, 不可能在事后换成用 SiS 649 --- 那会是一片全新的主板. 但如果只是把 onboard Ethernet controller 由 Intel 82541 换成 RTL8110 的话倒有点可能, 只要板子保留的空间够 (placement and layout issue) 而且厂商愿意改 (改变使用的 I/F controller 需要重新做功能验证并提供新的趋动) 的话.
Chipset 的定义在 586 之后趋于一致, 就是一般所谓的北桥与南桥 (Northbridge & Southbridge). 这个定义 Intel 在推出 810 时改为 MCH-ICH, 但架构上也没有什么太大的差别, 把 MCH 视为北桥把 ICH 视为南桥就可以了. 早期定义的北桥包含三个主要部份: 对 CPU 沟通的 Host Bus Controller, 对内存沟通的 Memory Bus Controller, 和对 PCI 总线及南桥沟通的 PCI Bus Controller. 南桥则包含 ISA Bridge 和其它后端的接口. AGP 问世之后这个总线由于速度较快, 所以放在北桥里头, 而南桥则包进了更快速的 IDE (PCI Enhanced IDE, 以前的是 PIO Mode 4) 和其它后端功能. 再后期, 台系的 SiS 成功的把 VGA Core 包进北桥里, Intel 810 跟进, PC99 的定义去掉了旧的 ISA Bus 使得南桥不必再放进 PCI-to-ISA bridge, 而南北桥的沟通也由过去的 PCI Bus 改成各家自行定义的连结方式, 如 Intel Hub-Link, VIA V-Link, SiS MuTIOL 等各式各样的名称, 并把原本位于北桥的 PCI Controller 移到南桥上, 形成了现在的 MCH-ICH 架构 (Intel 的定义, 各家有各自的名称, 但内容差不多). 基本上北桥仍然以 CPU Host Bus, Memory Bus, AGP/PCI-EG 等高速传输功能为主, 加进 VGA Core 的则称为 GMCH, 多了个 G 就是指含有 Graphic core. 南桥则放进 PCI Bridge 以及可能放进的全部或部份原本属于 PCI/ISA-based 的 Device Controller, 如全部的 USB, SATA 控制器与一部份的 Ethernet 控制器 (还需要外加 Phy 才能工作) 与 audio (还需要外加 codec 才能工作).
说了 chipset 的小故事之后, 希望没有吓到一些希望看到科普文章的人. 说这些的目的无它, 就是要较为准确的定义和比较一片 PC 会用上的 IC 的复杂度和技术层次, 以利后面的闲聊: 关于现在我们的能力够得上哪一块. 北桥的技术难点在于 Host bus 与 memory bus 愈来愈高频的挑战以及必须集成更好的 VGA core, 这表示厂商除了必须具备更强的处理 CPU 与 Memory 的能力之外, 还要加入设计不输人太多的 VGA core 的能力. (一般对集成 VGA core 的要求, 大约落后 ATI/NVIDIA 等专业厂主流产品两三年上下.) 对于南桥来说需要能加入许多新的功能, 也就是必须具备设计 USB, SATA 等 I/F 控制器的能力. 除了要做得出来, 还要能搞定 BIOS 与 Driver. 前面的讨论说过, 这类东西即使做出了美美的 chip 却做不出 driver, 一样是没法用的.
CPU, 应该不用多说了, 那是一个更高技术的所在. 不论设计或制造都是.
简单的说, 用个 "技术密集度" 的观念来做比较, CPU 的技术密集度最高, 其次是 chipset, 再其次是 I/F 控制器. 但以专业领域来说, 做高档次的 I/F 控制器的并不弱于 chipset 厂, 比如说 Intel 的 VGA 追不上 ATI 与 NVIDIA, 而后者也切入 chipset 领域. Chipset 厂商能够做出 I/F 控制器, 因为做功能集成时就会用到, 不过不见得在效能或成本上拼得过专业厂. Intel 做出来的 chipset 一度不如 VIA (Intel 810 时代, 在 815E 之后又赶上), 在服务器级别的 chipset 上落后 Serverworks 不短的一段时间, 在 7501 之后才赶上. 属于 I/F 控制器领域的高手不少, 除了 VGA 的 ATI 和 NVIDIA 之外, 如 SCSI 的 Adaptec, 都不是老大 Intel 可以比得过的.
现在的 IC, 特别是高密度的 IC, 制造问题愈来愈重要. 不过由于 IC 制造方面涉及太多的专业, 在这里先不多说, 或许以后有空了再好好聊聊. 简单的说, 要做出一颗高密度 IC 时, 相对于逻辑设计, IC 制造能力的搭配才是决胜点的所在, 原因在于高密度 IC 的物理特性更为重要. 举个例子来说, 要做一颗芯片, 首先自然是要完成 Logic Design, 然后拿到来自 fab 的 lib 檔, 跑过 simulation, 才会进入到开 mask 与投产. 这个 lib 檔是 fab 的投产经验, 即使是来自同一家代工厂的不同 fab 也会有所不同, 而芯片设计必须配合投产数据的 lib 才能顺利产出 chip 来. 如果要换代工厂, 比如说由 tsmc (台积电) 换到 UMC (联电), 那就必须拿到 UMC 的 lib 后从 simulation 开始重头来过, 而且新的 fab 的 lib 并不保证也可以做得出东西来. 以时间来说, 一颗芯片从设计到量产需要一年的话, 从simulation 重来需要大约九个月. 以投资成本来算, mask 和试投才是最大的花费. 以技术的角度来说, 换 fab 可能带来等于重做的风险, 技术不够的 fab 可能导致东西做不出来. 打个比方来说, Logic Design 是芯片的灵魂, 没人说它不需要, 但是制造是给予芯片身体组织, 孕育一个生命的必要过程. 这些 lib 相当于芯片的基因码, 换了不同 fab 的数据后产出的芯片会有不同的物理特性, 即使是完全一模一样的逻辑设计. 没有好的 fab 做配合, 就不可能有好的芯片出来. 而这些 lib 是怎么来的? 不是靠砸钱购买设备, 而是一次又一次的试投与量产经验积累出来的. (虽然可以买到一些基本的, 但买不到最先进的. 而最最最先进的买了也没用, 因为不同的产线会有不同的特性.)
积累, 多好的一个词.
积累的后面, 还有再积累. 做出了一套芯片, 有了经验, 再做下一套就容易些. 一间 IC 厂做出了第一代产品, 第二代就再包上新的功能. ATI 和 NVIDIA 能做出包了他们自己的 VGA core 的北桥芯片, 却做不出南桥 (做出来了但没人有兴趣用), 因为他们还不会那许多包在南桥里的控制单元, 重头来过一个一个搞十分花心力, 砸钱买现成的 IP (SIP, Silicon Intellectual Property, 好像译作硅智财, 不确定) 还比较现实. 但南桥对于原本专攻 chipset 的厂商就比较容易, 他们本来就会一些, 只要再开发并加入新的控制单元就可以了. 但要 chipset 厂做出好的 VGA Core 就很困难, Intel 从 810 开始积类了好几年也做不出拼得过 ATI 的 VGA core.
Intel 的强不只在 IC Design 上, 他还有全球第一的制造能力, 拥有最先进的制程技术. 也就是因为有这个强项在, 所以 Intel 可以实现他那独步全球的最高效能芯片, 因为只有 Intel 才有足够的 IC 制造能力把东西做出来, 找 tsmc 投产的 VIA 永远也追不上 Intel 最先进的制造技术, 而 tsmc 已经是世界第一的代工厂了. IC 制造技术不只是一般提到的多少纳米那么简单. 长期积累的数据库和 yield rate 的调整, 和能做到多细微的技术同等重要, 或许还更重要. 如果 AMD K8 当年可以顺利投产 (AMD 也是自有 fab 的大型 IDM), 或许现在 Intel 会辛苦些.
看来好像现在 Intel 在 CPU 领域的这堵墙很高很高, 高不可攀, 完全没可能跨过.
这句话对或不对在于两个重点: (1) 现在, (2) CPU 领域, 或者必须更精确的说 x86 CPU 领域. 换句话说, 五年后 Intel 会不会像 Digital 那样挂了, 现在谁也说不定, Intel 自己也说不定. 五年不会, 那十年呢? 另外, 在 x86 CPU之外的其它领域 Intel 也一样能呼风唤雨吗? 答案是: 嘿嘿.
再去喝口茶. Maybe Continue...
这眼看着具体的观点就要出来了，用花把它砸出来！哈哈
看见BOM： bill of material？吓我一跳， 千万不要bill to 马鹿
四月一日生产手袋（“非”首代），在新包包设计时， 生产驴皮的神仙驴，生产狗皮的狗不悔，生产鹿皮的马鹿，都开始去四月一日那里公关， 就是说服四月一日用自家的皮设计手袋。套用原文 “必须要让客户用这颗 IC 来设计主板, 自己以后才会有戏, 不然就没机会了――by 41 ”。驴皮， 狗皮，鹿皮纹路（不是草纹哟）不同， 按照鹿皮设计的包包， 换成狗皮是绝对不可以的。（偷偷说：狗皮做狗皮膏药还差不多， 驴皮自然熬阿胶最好， 东张西望，左顾右盼， 还好非不在）
皮皮定了以后， 包包还需要许多配件， 比如衬里， 拉链， 搭袢， 铆钉等， 引用原文“关于现在我们的能力够得上哪一块” by 41“呵呵，张大一张嘴，对着主板流口水：哪一口下去都有肉啊” －－by铁手
其实就算生产铆钉能搭上41这趟设计包包的列车都有的赚。
设计做好了， 该生产调试了。这个比较费时间精力。引用原文“不是靠砸钱购买设备, 而是一次又一次的试投与量产经验积累出来的” 积累的结果是除了给41生产他设计的手袋， 俺们自家也可以做非一流的手袋了。
反正现在还是四一的手袋最好， 过几年， 手袋不流行了， 说不定大家都用麻袋了，神仙驴，狗不悔，马鹿说不定都可能异军突起，各领风骚几年，嘿嘿。。。
41喝茶，俺先搭乘41这趟车， 然后趁四一打盹（睡虫的功劳）的时候冲出来，哈哈， 马鹿的麻袋该上场了
对了，bill to 41
后面还想说说 RISC, DSP, Memory, 泛用 IC, ASIC, 产业政策...