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第150章 曙光一号

作品:《 香江:从破产电器厂到全球巨头》

松芝的拆解报告摆在松本健一办公桌上的同一个月,李家港在创世纪实验室的白板上画下了一个新的方框。这个方框比收音机的外壳轮廓大得多,比录像机磁鼓的剖面图更复杂,里面套着几个小方框,分别标注着CPU、存储器、显示控制器、音频处理器和键盘接口。每个方框之间用箭头连接,箭头上标注了数据总线的位宽和时钟频率。方框的最上方他用红笔写下了一行字——“曙光一号:16位个人计算机,目标成本控制在进口同级产品的五成以内。”

这是继星辰收音机、视霸录像机之后的第三个核心项目,也是第一次跳出消费电子产品直接切入当时被IBM和苹果两大巨头牢牢控制的个人计算机领域。从收音机到录像机,本质还是在消费电子的延长线上往前推——外壳、电路、核心元件,每一层技术都是从他过去几年在极端条件下积累的供应链和工艺经验里自然延伸出来的。但计算机是另一套技术栈:CPU架构、存储器接口、操作系统、编译工具链,没有一个是他能从收音机产线上直接搬过来的。

他站在白板前,看着那些方框和箭头。收音机的核心是信号处理,录像机的核心是精密机械与电磁转换,计算机的核心是逻辑——成百上千个逻辑门在极短的时间内完成指令的取码、译码、执行和写回。他在前世教过计算机体系结构,带过研究生用FPGA实现完整的RISC处理器,但那是在有成熟EDA工具和标准单元库的条件下。此刻他手里只有一盒记号笔、一块白板和一个从硅谷带回来的芯片架构天才。他拿起笔在CPU方框旁边加了一行备注:“所有IP核全部自行设计,不向任何第三方购买授权。”这意味着从CPU的算术逻辑单元到存储控制器的地址多路复用器,从显示控制器的像素时序发生器到音频处理器的D/A转换逻辑,全部要林知夏和他的团队一行一行地从零写起。

林知夏正坐在实验室角落那张旧木桌前,面前摊着从美国带回来的芯片设计手册和几叠手绘的时序图。他听到白板方向传来的声音,从满是方程的手稿里抬起头,推了一下滑到鼻尖的眼镜。他走到白板前,没有说话,只是盯着那些方框和箭头看了很久。然后他拿起一支记号笔,在CPU和存储控制器之间那条线上画了一个圈,把总线宽度从十六位改成了三十二位,标注了新的时序频率。又在显示控制器和音频处理器之间加了一级独立的中断控制器,在键盘接口旁边画了一个直接存储器访问控制器的方框,把整个芯片的时钟树重新设计了一遍——主时钟分成几个独立的分支,每个分支根据对应模块的时序需求预分配不同的频率。

他画了将近二十分钟,每一步都在嘴里碎碎念着逻辑门的级数和流水线的冲突点。画到中断优先级分配表时他停下来,把笔夹在手指间,对着满白板的线条和标注沉默了好几秒,然后说出了那句话:“可以做。”这是他第一次没有犹豫就回答“可以做”。

阿强从车间里绕完当天最后一批中周线圈走进实验室,看到白板上被林知夏画满的架构图,没出声。他走到白板前,用指尖沿着CPU模块与存储控制器之间那条被改成三十二位的数据总线缓缓划了过去——那条线的粗细和他在磁鼓剖面图上标注旋转间隙公差时用的笔触一模一样。他说这就不是给现在用的,是给以后留的。刘师傅从注塑车间过来,站在阿强旁边看着白板上那些密密麻麻的方框,问这玩意儿得几千个焊点,然后摘下老花镜端详了半天,说以后不知道要多精的模具,先练练手。他回到注塑车间让师弟把钻床的精度校准重新做了一遍。

李家港在白板上补充了一个时间节点——“样片验证原型,预计明年年底之前跑通全部基准测试”。他在这个时间节点旁边加了一行备注:“测试环境搭建:用软件模拟整个指令集,把所有可能出现的指令组合全部跑一遍。测试周期会很长,但全部可追溯。”林知夏说测试过程预计要模拟相当多种指令组合,每一种组合都要逐条验证处理器在取指、译码、执行、写回四级流水线上的全部时序状态。他说这句话时已经坐回角落那张旧木桌前,在稿纸上开始画CPU前端设计的第一版初步架构草图。

几天后的一个深夜,林知夏把CPU前端设计的架构草图贴在白板上。整张草图铺满了寄存器的传送路径和流水线站点的环绕框图,每一级流水线之间的数据依赖关系用不同颜色的箭头标注。他站在白板前对李家港和几个核心工程师说:“精简指令集架构,五级流水,单周期执行。但这个方案要想跑通——不是设计难度,是测试难度。需要一颗跟它完全等价的参考芯片做逐条指令比对,我们没有。”

“我们自己写参考模型,”李家港拿起桌角那本祖父留下的笔记本,翻到祖父当年为收音机变压器自研绕线圈参数写验证程序的那几页,“用软件模拟整个指令集,把所有可能出现的指令组合全部跑一遍。测试周期会很长,但全部可追溯。你负责设计,我负责验证。”

林知夏从抽屉里拿出在硅谷时用过的一本已经翻得起了毛边的芯片设计笔记,翻到某一页——上面是精简指令集架构的早期手稿,旁边用铅笔写着几行字。他把这几页复印下来贴在曙光一号的白板旁边,在角落里标注了日期。他说精简指令集的精髓不是指令少,是把每一个指令的执行周期压缩到不能再压缩。他在CPU前端设计的第三版草图上已经完成了五级流水线的全部时序分配,正在攻关执行单元里条件分支指令的延迟槽优化——这是精简指令集架构中最核心的技术难点之一。李家港从实验室档案柜里拿出他在宝安无线电厂留给方工的那套中周变压器手绘图纸的影印件,摊在林知夏的设计稿旁边。他说当年绕中周变压器试了两百多次才成功,每一次失败都记在本子上——不是因为不知道原理,是因为从原理到实现的每一步都藏着无数个细节。方工拿到图纸之后很快就突破了Q值八十,而那些细节他和阿强在实验台前熬了无数个晚上。林知夏低头看着那张发黄的图纸上密密麻麻的烧结温度曲线和绕线圈手势标注,说那就把每一个细节都记下来,以后给别人用。

阿强把一摞新打印好的磁鼓底座长周期耐久测试数据放在实验台上,说品控手册里所有测试标准都已经同步更新到曙光一号的验证流程里。以后不管芯片设计修改多少版,每一版的测试数据都必须归档保存。他把那枚Q值八十九的中周变压器从实验室书架上取下来,端端正正地搁在曙光一号白板旁边——它是创世纪第一个里程碑,但以后还会有更多。窗外九龙塘的夜色已经完全沉降,实验室里的灯还亮着。方洁瑛端着一壶刚泡好的普洱茶走进来,给每个人倒了一杯,然后把启明从婴儿床里抱起来,让他看白板上那些密密麻麻的方框和箭头。启明伸出手想去抓那些彩色的线条,方洁瑛轻轻把他的小手拢回来,说那是芯片架构图,等你长大了阿爸会教你画。窗外那颗启明星正低悬在飞鹅岭上方,白板上的架构图在灯光下泛着极淡的光泽——那是创世纪从模拟电路时代跨入数字逻辑时代的第一张蓝图。