19631978芯片設計源起

作者:外围买球app有哪些   |   时间:2020-05-24 18:01   |   浏览:92   


最近,外围买球app有哪些在華為遭到美國封鎖之后,美商務部又將33家中國公司列入“實體清單”。一些核心技術,尤其是芯片軟件、芯片設計,被美國用來當作對付中國的籌碼。了解芯片設計的歷史是很重要的,外围买球app有哪些因為了解歷史能幫助我們看清未來的方向。

外围买球app有哪些1963年,在集成電路“被”發明5年后,喝的醉醺醺的Widlar跑到一家硅谷公司,外围买球app有哪些然后指著人家的鼻子說你們的電路設計都他X的是Bullshit。這種行為可以稱為太歲頭上動土,因為這家公司的老板之一發明了正真意義的集成電路,外围买球app有哪些他名字叫BobNoyce。只可惜Noyce活得沒有JackKilby久,沒等到諾貝爾獎砸下來的那一天。自然,那公司就是Noyce等八位叛出師門——晶體管發明者Shockley后的創立的Fairchild仙童半導體,史稱TraitorousEight(仙童八叛徒)。

硅谷的半導體人都很討厭這個自以為是的酒鬼,但是又不得不佩服那個天才。佩服到國家半導體(NationalSemiconductor,Wildar后面幾年的雇主,幾年前被TI收購)的廣告用的是Widlar的標志性的中指來蔑視對手。

然后,Widlar說,我要退休了,在33歲的時候。坊間有短文寫了模擬電路的九重境界,境界最高的是住在太平洋的小島上釣魚,然后偶爾瞥一眼人間的蕓蕓電路,這就是Widlar退休后的生活。當然,他還是偶爾會入世一下,比如在1981年的時候,一不小心創立了LinearTechnology(凌特,前兩年被ADI收購了)。

只可惜那時候,Widlar已經離開了仙童,走的時候還不忘指著公司大VPGordonMoore(對,就是摩爾定律的那個摩爾)鼻子說:傻X都是會做數字電路(原話:Everyidiotcancountfromzerotoone)。因為Moore認為仙童應該把戰略著重于數字電路發展。很快,Noyce和Moore也離開了仙童,去開創他們的大英帝國(intel),這自然是后話。

1971年,沒有了主心骨的仙童已經風雨飄搖,遭遇大蕭條。這一年,那個迷弟遇見了附近一個學校的一位教授,那位教授說他們缺一位教電路的老師教電路基礎理論,其實是他自己不想上了就找了個接盤俠上。恰好那個迷弟剛有了兒子,不如歸去地換一份安穩的差事。

那間學校叫做加州大學伯克利分校(UCBerkeley),那位教授叫DonaldPederson。IEEE固態電路協會(就是ISSCC/JSSC的那個SolidStateCircuit的固態電路)的最高榮譽稱為為IEEEDonaldPederson獎,每年在ISSCC上由IEEE主席授予,用于紀念芯片設計的開山鼻祖——DonaldPederson。

先提一下迷弟,他最終繼承了Widlar的衣缽,開創了模擬電路的黃金時代。他和他學生們發明了這個世界上的已有的大部分模擬電路/數模混合集成電路,包括行云流水的放大器、開關電容濾波器、采樣電路、和逐次比較型/流水線型/Delta-Sgima型/Time-interleaved型的ADC。更重要的,他寫了模擬電路設計領域的當之無愧的”圣經“——AnalysisandDesignAnalogIntegratedCircuits,已經出了五版。(雖然他的學生輩有一位寫了一本類似”圣經故事“的教科書,好像流傳更廣,因為更容易懂,但圣經地位不容挑戰)。

1969年,在仙童混的并不怎么開心的RonRohrer打算去UCBerkeley上上課,做個副業散散心。原來上這課的老師去當系主任了,就隨他便愛咋上咋上。在這門課上,他布置了一個史無前例的作業,寫一個電路模擬器,支持直流/交流/時序分析,支持各種半導體器件,然后邀請DonPederson做評委,決定給誰A。Pederson最滿意的學生叫做LarryNagel,他把他的課程設計起名為CircuitAnalysisofNonlinearCircuits,ExcludingRadiation,簡寫為CANCER。常說,起名字的藝術是缺啥補啥,所以這幫書呆子要補cancer么?(cancer中文翻譯為癌癥。)

爾后,Pederson收了這個學生做博士,進一步優化CANCER。當然,優化的第一步就是起一個好聽的名字,CANCER很快被改名為SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis,簡寫為SPICE。SPICE作為一篇論文,當時也沒啥很好歸宿,只在1973年中了一篇MidwestCircuitsTheory的會議論文(現在這會叫做MWSCAS,也是小編學術灌水的起點,現在看來突然爆有成就感。)

然而,學術圈的”了了“并沒有阻礙SPICE的光芒萬丈。直到今天,SPICE仍然在影響著每一片芯片。所有的EDA廠商都提供基于SPICE的仿真器,Cadence有PSPICE和Spectre,Synopsys有HSPICE,國產華大九天有ALPS(AccurateLarge-capacityParallelSpice,市面上唯一支持GPU并行的集成電路仿真器),還有上文提到的凌特仍然在提供免費版的LTSPICE供電路愛好者使用。

SPICE是整個晶體管級設計的中流砥柱,也是集成電路的EDA學科的奠基石。如今的電路設計師們對SPICE的依賴,已經讓我們無法想象,在沒有SPICE的歲月里,Widlar們是靠怎樣的智慧在一片Wafer硅片上搞出一個完整的運算放大器的了。

2)作為一個仿真器,SPICE令電路設計“平民”化了。在SPICE之前,只有Widlar這樣的天才才能設計優美的電路;但有了SPICE之后,庸才的可以通過一種新生的動物——SPICEMonkey(泛指那些搞不懂電路原理但是仍能通過仿真瞎撞出電路的解)來設計高性能的電路。

1971年11月15日,離開仙童兩年后的Noyce和Moore搞了一個大新聞——Intel發布了人類第一顆微處理器芯片,代號4004,因為它是一顆4位的處理器芯片。不到一年,Intel又發布了8008,第一顆8位處理器。這兩顆芯片另一個劃時代的意義在于使用MOS管做的,4004/8008的成功也宣告了基于雙極型晶體管的TTL邏輯門在大規模集成電路中下課了!

當年,Intel更成功的戰場是存儲器芯片,特別是DRAM。因此8008采用的寄存器部分的電路(包括各類Register和PC-就是instructionregister)都采用了自家的DRAM設計。這些東西也是從版圖照片(上圖右上部分)上看上去唯一接近現代超大規模集成電路(VeryLargeScaleIntegratedCircuits)的部分。

加州理工學院的CarverMead教授就第一個站出來,舉薦把上面那篇水文的結論命名為“Moore‘sLaw”,就是現在每個芯片人耳熟能詳的摩爾定律。然后,intel就請他當了好久好久的consultant。聽上去像不像那種武俠小說里推(gui)派(tian)武林盟主的場面?

4004和8008雖然具有里程碑式意義,但是缺點也是明顯的——他們都是人徒手畫出了的。他們使用的晶體管數量都只在兩三千個左右,人力終是有限。那么,問題來了——按照摩爾定律,芯片設計怎樣向兩三萬、二三十萬,兩三百萬、兩三億…個晶體管邁進?

不是因為她平庸,而是太卓越。27歲的時候,她就公認是計算機體系結構的天才,發明了最最基礎的CPU提速方法——亂序動態調度(Out-of-orderDynamicScheduling)架構,在集成電路微處理器芯片還沒出現前,大家還沒搞清楚啥是馮諾依曼架構的時候,就在IBM就造出了人類第一臺超標量(Superscalar)計算機。

因為變性手術,IBM開除了這位女裝大佬,就像英國人無法忍受圖靈是個同性戀一樣,不管你貢獻再優秀。受此打擊,變性后的她打算隱姓埋名,相忘于江湖。在一本自己愛看的小說里找了自己喜歡的女主的名字按在自己頭上,這樣一個嶄新的LynnConway誕生了,至于本名現在已經被滅跡得差不多了,不可考了。

長江后浪推前浪,Conway突然發現4004誕生后,TTL的時代一去不復返,她一個不懂的MOSFET的體系結構工程師恐怕是要下崗了。于是她放棄仙童體系架構師的優缺,去了施樂(Xerox,就是那個打印機公司)寫軟件,簡直就是歸隱藏經閣的掃地僧。

上述兩條被認為是超大規模集成電路方法學的起點。原來是一坨漿糊的數字電路設計流程,被很快地分割成抽象層的邏輯表達,和物理層的版圖實現,即我們所常用的RTL前端和版圖后端。今天,數字電路仍然遵循了這樣的分工模式。

其實1963-1978還發生了很多事,比如一顆DRAM,無源濾波器,ISSCC的第一次召開等等……畢竟那是一個開宗立派的年代,這五個故事代表了芯片設計中模擬/數字/數模混合/EDA的起源,可以慢慢思考那些故事給你帶來的啟發。

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