第一百七十九章：中国芯（二）
Intel的技术天才们的确沾了仙童半导体的光。就在日本人想要扯皮的时候。刚刚从仙童半导体的跳槽过来的硅门电路的发明人费格金出马摆平了日本人。然后开始和霍夫同志的艰苦设计的过程。任何事情的成功都不是偶然的。虽然天才等于百分之一的智力加百分之九十九的汗水这句话已经被证明是鬼话。但是谁也无法否认中国人的勤能补拙这句成语。两个有着共同理想的年轻人开始了夜以继日的设计工作。
似乎初期的创业总是伴随着艰苦卓绝。费格金和霍夫也是这样。无论是为了自己的理想还是为了挽救公司抑或是在日本人面前争一口气。总之两个人非常的努力。每天至少工作十五个小时。这对于生性喜欢自由喜欢宽松工作环境的美国人可不是一件容易事儿。到1971年的时候。在经过了连续8个月的努力工作。经过了种种失败与成功抑或是辛酸苦辣后。世界上第一块CPU4004终于诞生了。可以说这是一个历史性的时刻。当然。其实这个时候中国和美国的技术还没有彻底拉开。只是可惜。一个文化大革命使的已经意识到集成的中国科学家们为了保命再也顾不上科学研究了。在那个知识分子都是臭老九的年代。谁还有心情关心计算机的发展呢。
当然。为Busicom公司生产的全球第一款微处理器Inel004实是非常落后的。拥有46条指令。采用16针直插封装。它片内集成了225个晶体管。晶体管之间的距离是10微米。能够处理4bit的数据。数据内存和程序内存分开。1K数据内存。4K程序内存。运行时时钟频率预计为1M。最终实现达到了稳定值108KHZ。峰值740KHZ。能进行二进制编码的十进制数字运算。而每秒运算6万次。成本不到100美元
但由于技术原因。Intel的延期交货让Busicom公司颇为恼怒。与此同时。计算器领域的竞争日益激烈。当Intel彻底完成4004芯片的设计和样品的生产时。Busicom公司要求Intel赔钱。Intel同意了。但是它附加了一个条件：允许Intel在除计算器芯片市场之外的其它市场上自由出售4004芯片----至此。Intel公司完成了从单一的存储器制造商向微处理器制造商的转型。而后Intel便开始了统治整个CPU的时代。
要不怎么说日本人只能跟着喝汤。吃肉的事情没他们的份呢。短视就是他们的特点之一。Busicom欣然接受了Intel8万美元的赔款。而且拥有4004的使用权。可惜。几年后这个计算器公司的产品就被淘汰掉了。相反。英特尔公司的首席执行官戈登。摩尔将4004称之为“人类历史上最具革新性的产品之一”后便开始让费格金和霍夫两个人放手大干。费格金担任小组组长。两个铁杆成员便是霍夫和Shma（被挖到了Intel）。小组在美国公司一贯的重视客户意见的传统下对4004这款处理器进行了重大改进。无论是电路设计方案还是生产工艺。甚至指令集均做了大规模的改进。改进的结果便是1974年4月。微处理器部门研究出了叫做Intel8080的微处理器。Intel8080是一枚8位元处理器。时脉为2MHz。亦是第一枚可算的上的处理器。zilog制造了与8080兼容的CPUz-80。随后Intel便一路高冲。从8085到8086再到8088。80286。80386。可以说。8080为后面Intel的芯片架构打下了坚实的基础。
为什么说那时候的中国和国外的差距还不是很明显呢。因为上海半导体器件研究所会同上海元件五厂、中国科学院上海冶金研究所、上海市计算技术研究所、江苏无线电厂、常州市半导体厂等单位联合攻关。于79年9月仿制成功国内第一块单片8位微处理器8080A。而这个时候Intel也不过是刚刚研究出286而已。也就是说我国与美国的差距不到5年。但是后来随着市场换技术口号的提出。到21世纪时。可以说在微处理器领域中国和美国的差距高达几十年。
而且到80年代初的时候世界上也不是只有Intel能造出微处理器。中国1979年。西德1980年十月也造出了欧洲第一款微处理器SiemensSAB8080A-C。随后苏联在1986年拥有了属于自己的微处理器只是后来随着资本和技术优势的不断增强。最终形成了Intel一家独大。AMD穷追猛打的局面。
而张国栋为龙腾选定的参照物便是Intel的286微处理器。虽然386芯片很好。甚至可以说是经典。但是饭要一口一口的吃。技术等一点一点的发展。张国栋决定改变Intel从8080以来便一直沿袭的架构。免的被Intel给起诉。后世中国已经证明。中国搞出来的8080A是盗版。当然这也不怪中国的工程师们。毕竟那个年代可以盗版出都是不错的。可以说整个芯片除了生产工艺。布线结构基本上就是反向工程给反出来的。
龙腾的科学家们也在一直对Intel的芯片进行反向。从最初的8088到销售极多的80286。再到目前占据着统治的位的80386。可以说几乎Intel在市场上面出现过的芯片龙腾就对它进行了反向。张国栋为什么要从286借鉴。其主要原因便是张国栋根本就不想用386的架构。因为Intel一直采用的是复杂指令集CISC。而后世已经证明。其实微机大多数的时候根本就没有用到整个指令集的大多数。甚至只用到了20%左右。这也是简单指令集RISC出现的基础。
CISC可以有效的减少编译代码中指令的数目。使取指操作所需要的内存访问数量达到最小化。此外CISC可以简化编译器结构。它在处理器指令集中包含了类似于程序设计语言结构的复杂指令。这些复杂指令减少了程序设计语言和机器语言之间的语义差别。而且简化了编译器的结构。以便于高级语言程序编译和降低软件成本。也就是软件编写人员工作量较低。从最初的8086到后来的Pentium系列。每出一代新的CPU。都会有自己新的指令。而为了兼容以前的CPU平台上的软件。旧的CPU的指令集又必须保留。这就使指令的解码系统越来越复杂。设计难度呈几何级数上升。而且在CISC微处理器中。程序的各条指令是按顺序串行执行的；每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。虽然顺序执行的优点很明显。控制极其简单。但机器各部分的利用率不高。执行速度相对较慢慢。
而这些都是后世已经被人们所研究清楚的东西张国栋当然知道。而且更重要的是台湾的计算机生产商采用RISC制造出来的单片机在市场上大放异彩已经给予了人们有力的说明。RISC是行的通的。intrutionetompuer。精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器。起源于80年代的MIPS主机（即RISC机）。RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来。它能够以更快的速度执行操作（每秒执行更多百万条指令。即MIPS）。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件。计算机指令集越大就会使微处理器更复杂。执行操作也会更慢。
RISC微处理器不仅精简了指令系统。采用超标量和超流水线结构；它们的指令数目只有几十条。却大大增强了并行处理能力。如：去年SunMicrosytem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构。这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。
RISC芯片的工作频率一般在400MHZ数量级。时钟频率低。功率消耗少。温升也少。机器不易发生故障和老化。提高了系统的可靠性。单一指令周期容纳多部并行操作。在RISC微处理器发展过程中。曾产生了超长指令字（VLIW）微处理器。它使用非常长的指令组合。把许多条指令连在一起。以能并行执行。VLIW处理器的基本模型是标量代码的执行模型。使每个机器周期内有多个操作。有些RISC处理器中也采用少数VLIW指令来提高处理速度。
一个大规模以及超大规模处理器的设计要经过硬件描述语言电路设计、布图和设备级的模拟仿真实验等步骤。开发时间长。耗费资金多。虽然在80年代初期耗资在千万美元级别。但是随着处理器的越来越复杂。到386时期一个超大规模的处理器研究出来一般耗资超过一亿美元。这也是为什么很少有中国公司能参与到处理器研究中的原因之一。毕竟一个不能确定是否成功的CPU花费几年的时间和上亿美元的资金。这种风险还不是目前比较脆弱的中国公司能够承受的了的。
RISC处理器因其控制器小而简单。便于设计也便于及时发现设计错误予以纠正；相同的寄存器增多也使芯片比较规整。这些都使RISC处理器开发成本降低、开发时间缩短。例如。RISCI处理器芯片集成了4万个晶体管。设计工作量为18人月。布图工作量为15人月；而同时期的Z8000处理器芯片集成了1。8万个晶体管。设计工作量却为60人月。布图工作量为70人月。可以说自从人月神话发表后。对工作量的直接简单明了的分析就是对比人月了。可以轻易的看出RIS比起CISC的优势。
而这一切的一切。都促使张国栋决定优先发展RISC精简指令架构。尽量简化硬件设计以适应中国当时的硬件条件。尽量用先进的设计来弥补生产工艺的缺陷。而且张国栋的第一笔处理器生意也不是想和Intel竞争。而是瞄准了摩托罗拉这种嵌入式芯片生产商的市场。这样一方面可以避免和Intel起直接冲突。另外一方面可以积累经验。提高设计人员的信心。