輝煌科技公司半導體研究中心。


    無數工作人員正在加緊研究cpu需要的各種模塊,比如乘法器、除法器、加法器、譯碼器、編碼器、數據選擇器、觸發器、鎖存器、計數器、移位寄存器、儲存器、放大器、模擬數字轉換器、數字模擬轉換器等等。


    所有運算都是加法器實現的,加法器是計算機真正的基石,計算機一切的計算能力,都是由加法器實現的。


    設計cpu首先就要設計alu,也就是設計加法器,計算機內部的加法器有全加器、紋波進位加法器、超前進位加法器。


    一個加法器隻能進行一位二進製的加法,有了全加器以後,就能做多位二進製數的加法了,隻要把多個全加器的輸入和輸出連起來,就像可以實現多位的加法。


    紋波進位加法器就是一個把許多個全加器串聯起來的加法器,它能進行多位數的加法運算。


    但這種加法器有種缺陷,就是bit位運算太慢,每個bit位的計算都要等到上個bit的運算結束後才能進行運算,導致如果運算位數非常之多的話,整個加法器運算會非常緩慢,所以紋波進位加法器隻能做bit位較少的加法計算。


    如果要進行bit位較多的加法計算,就要設計超前進位加法器,這種加法器不需要等上一位的運算結束,而是直接就可以通過布爾運算得出當前位的值,而計算的方式是利用硬件計算。


    所以超前進位加法器也有缺陷,因為要利用硬件進行布爾運算,位數越多電路就越複雜,這樣不僅運算會變慢,成本也會變高。


    而用硬件進行布爾運算也需要用到加法器,所以超前進位加法器也是由全加法器實現的,隻不過擁有更多的全加器,構成了超前進位全加器。


    這樣布爾運算模塊和超前進位加法器互相包含,構成了極為複雜的結構。


    但是不管怎麽複雜,隻要設計成功,以後就可以直接拿來用,不用再次分析和設計。


    除了加法器之外還有減法,乘法,除法,等等,這是cpu必須的。


    cpu要進行複雜的運算,需要利用數值計算方法的原理,或是將各種數學函數變換變為隻有加減乘除的多項式,或是使用迭代的方式計算,或是近似計算等等,這又是一個新的數學領域。


    從數學角度來說,減法是可以轉換成加法運算的,乘法同樣可以轉換成加法運算,除法可以轉換成乘法運算,所以一切的運算都可以以加法運算為基礎,所以計算機隻會做加法也沒有問題。


    但是如果計算機隻會做加法,對於有些計算來說速度就會慢下來,所以要想計算機速度更快,一定要給計算機設計加減乘除積分微分的運算電路。


    還需要設計更加複雜的數學電路,來輔助硬件電路來完成更多的功能,這些輔助硬件的電路會通過一定的規則來控製,這個規則就是軟件。


    也就是說cpu裏麵還有一部分是把軟件翻譯成硬件電路,然後將這部分硬件電路燒進cpu模塊裏麵,這樣cpu就可以高速調用裏麵的軟件進行運行了,極大地加快了速度。


    上麵的僅僅是cpu的電路原理,除了電路以外還有電路的密度。


    cpu設計都是先使用軟件進行電路模塊的設計並模擬,然後根據模擬的成功的電路進行分立元件的搭建,然後單獨測試這些模塊的性能,最後把這些模塊集合在一起,構成一個由分立元件構成的巨大cpu。


    這就是cpu原型了。


    搭建cpu原型是一件代價極為高昂的事情,而且會產生極大的體積,畢竟無數的晶體管堆積在一起,這樣會直觀地進行cpu內部電路的分析,還可以直觀地調整晶體管級別的設計,動態地改變晶體管參數來觀察它對cpu性能的影響。


    英特爾創始人之一戈登·摩爾曾經說過,當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍,這一定律揭示了信息技術進步的速度。


    所以輝煌科技公司目前的cpu原型是非常巨大的,足足上百億晶體管。


    不過並不是所有的晶體管集合在一起,而是分成一個個模塊,由上千人負責進行架構研究。


    組建這種cpu原型的好處是,輝煌科技公司不太需要頻繁的流片,要知道芯片的流片是代價極為高昂的,像這種上百億晶體管的流片,一次流片就需要耗費幾百萬元成本,畢竟做這麽一個光刻膜就需要不少的成本,何況還有上百台專用機器設備的流水線運行。


    上麵的這種研究已經持續了五年多的時間,用這種方法,輝煌科技公司已經研究出了輝煌手機cpu。


    目前的計算機cpu隻是對手機cpu的深層次提升而已。


    因為輝煌科技公司的cpu研發是通過這種從零開始的行為,不斷地砸錢,所以擁有了自己的cpu架構。


    什麽是cpu架構?


    cpu架構是從分立原件到完整cpu的設計過程,這個過程中,每一個模塊的基本結構,就叫做cpu架構,以後的設計者隻需要調用這些架構的模塊就行。


    所以我們可以看到,很多架構廠商會進行架構版本的更新,這些架構版本更新,說的就是cpu原型的更新。


    cpu原型裏麵的晶體管調整一次,那麽這個架構版本就更新一次,性能也就增強一次。


    目前全世界有很多架構版本,使用這些版本都是需要授權的,還需要不少的授權費,為什麽呢?就是因為別人幫助做好了cpu原型。


    在cpu架構的基礎上,芯片設計公司隻需要直接調用架構裏麵的模塊進行設計就行了,不用進行分立元件的搭建,隻需要使用軟件就可以進行cpu的設計。


    目前全世界的cpu架構分為很多種。


    x86架構,主要使用者是英特爾和amd,主要是用到計算機cpu芯片。


    arm架構,被很多嵌入式公司使用,廣泛地使用在許多嵌入式有cpu設計裏麵,比如手機,平板電腦,遊戲機等等。


    mips架構,被很多公司用於服務器的cpu設計。


    powerpc架構,用於高端服務器cpu到嵌入式cpu市場。


    sparc架構,是risc微處理器架構之一。


    以上的cpu架構都是國外的產品,但是國內也要有cpu架構了,那就是輝煌架構,輝煌科技公司重金打造的,從零開始的自己的架構。

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