可重構(gòu)計(jì)算為何獲芯片業(yè)集體追捧

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即將于6月6日出版的商業(yè)周刊發(fā)表文章指出：IBM和多家芯片制造商正在親手締造芯片業(yè)的新篇章，我們的生活也許將就此改變。無論從任何角度看，德州大學(xué)兩位電腦科學(xué)研究員，道格拉斯.S.博格和斯蒂芬.科克勒爾都是在夸大其詞，他們曾經(jīng)公開向媒體表示：“我們正在重新發(fā)明電腦?！?

不過如果了解到他們的背景，也許就會驅(qū)散人們心中的疑慮。IBM目前正在與德州大學(xué)電腦科學(xué)部門展開密切的合作。并且在2001年的時(shí)候，美國國防遠(yuǎn)景研究項(xiàng)目處也曾經(jīng)向德州電腦科學(xué)研究所贊助過1100萬美元，并且主要用于此項(xiàng)計(jì)劃的研究經(jīng)費(fèi)。而現(xiàn)在，IBM表示正在準(zhǔn)備制造新型芯片產(chǎn)品的第一款模型。如果新型芯片真的能夠達(dá)到之前兩位科學(xué)家的預(yù)期，也許IBM將會就此揭開芯片制造業(yè)的新篇章。據(jù)悉這種芯片每秒種的運(yùn)算次數(shù)能夠達(dá)到1億萬次。

而真正讓我們感到驚訝的還不是超乎想象的運(yùn)算速度(從性能看來，這種芯片產(chǎn)品在1997年的造價(jià)可以達(dá)到5000萬美元，并且將主要應(yīng)用于超級計(jì)算機(jī)領(lǐng)域)，更為令人感到振奮的是，也許此款芯片將會改變現(xiàn)有的芯片設(shè)計(jì)構(gòu)架。據(jù)悉新型芯片可以自行重新修改自己的構(gòu)造，也就是我們所知道的“可重構(gòu)計(jì)算”。擁有此項(xiàng)技術(shù)，也許在不久的將來運(yùn)營于蘋果Mac計(jì)算機(jī)中的PowerPC芯片將可以運(yùn)營為英特爾芯片設(shè)計(jì)的軟件程序。甚至音樂播放器iPod將可以代替便攜電腦的功能，或者在接收到電話信號的時(shí)候自動(dòng)轉(zhuǎn)換為手機(jī)。

目前為止IBM并不是唯一一家研制變型半導(dǎo)體的芯片制造商。實(shí)際上幾乎任何一家傳統(tǒng)芯片制造商都已經(jīng)將目光投向了這種看似神奇的技術(shù)，其中包括惠普、英特爾、NEC、菲利普電子以及德州電器等。并且還有大量中小型公司正在奮起直追，例如Velogix、picoChip Designs 以及MathStar等。

如今為處理器尋找一種新的基礎(chǔ)已經(jīng)變得至關(guān)重要。眾所周知隨著芯片性能的提高，被加入到芯片中的晶體管數(shù)量急速增加，而這種數(shù)量的增加最終導(dǎo)致了發(fā)熱量的提升，如今的發(fā)熱量已經(jīng)成為了制約芯片速度發(fā)展的主要桎梏。據(jù)悉到2008年的時(shí)候，微型處理器上電路的總長度將達(dá)到20英里。電路中為了傳播信號而流動(dòng)的電流發(fā)出的熱量將足以將電路自身溶化。

解決發(fā)熱量問題的方法主要有兩種，其中之一就是將一塊硅片分為兩片，制造成為雙內(nèi)核甚至多內(nèi)核處理器，通過處理器的數(shù)量增加來縮短電路的長度。AMD公司目前已經(jīng)開始采用此種方式。而英特爾即將發(fā)布的雙內(nèi)核芯片將會繼續(xù)對此種方式進(jìn)行改革，采用一種名為Vanderpool的新技術(shù)。這種芯片將可以同時(shí)運(yùn)行兩套操作系統(tǒng)，例如微軟的Windows XP以及開放資源的Linux，甚至可以在不同操作系統(tǒng)平臺上運(yùn)行各自的軟件。

預(yù)計(jì)將會在索尼下一代游戲主機(jī)Playstation 3中出現(xiàn)的新型芯片預(yù)計(jì)將會在今年晚些時(shí)候登陸日本市場，其中甚至包含了9塊處理器，一塊IBM的PowerPC主處理器，以及8塊相對簡單的副處理器。此種多內(nèi)核芯片代號為Cell，有IBM，索尼以及東芝攜手開發(fā)。索尼表示，PlayStation 3中Cell處理器的性能將會達(dá)到之前戰(zhàn)勝棋王卡斯帕羅夫的電腦，深藍(lán)的水平。而東芝則將Cell芯片視為下一代“智能”高清晰電視以及其他消費(fèi)者電子產(chǎn)品的核心。

Cell中加入了“可重構(gòu)計(jì)算”的其他一些形式。硅片中的每一部分都被加入了一種名為“eFuse”的技術(shù)，如果芯片檢測到電路中有功能損壞的部分，它將通過發(fā)射這些eFuse的方式自動(dòng)斷開與損壞部分的鏈接，并且向芯片發(fā)出損壞部分已經(jīng)被隔離的信號。

IBM旗下的Power5芯片也包含了這種技術(shù)。對于藍(lán)色巨人來說，eFuse技術(shù)十分經(jīng)濟(jì)：IBM可以直接生產(chǎn)統(tǒng)一規(guī)格的芯片，然后通過eFuse將它們裁減為不同的型號?！癐BM電腦中的圖形芯片和Mac電腦中的完全不同，”eFuse技術(shù)發(fā)明者，工程師薩波馬尼亞先生表示，“在此之前，我們不得不生產(chǎn)兩種不同的芯片，而現(xiàn)在我們僅僅需要制造一種?！?

從靈活運(yùn)用的角度來看，無疑“現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)”是做的最好的。eFuse就好像在硅片上建立了無數(shù)個(gè)交通崗哨，控制信號的傳輸或停止，據(jù)悉這將把芯片中的電路運(yùn)行效率提高上千倍。這種功能將會為電子領(lǐng)域帶來一種“大規(guī)模市場效應(yīng)。”FPGA提供商加州Xilinx公司CTO里奧.波爾森先生表示：“比如您購買了一個(gè)新的控制器，最開始的時(shí)候控制器的功能是空的，不過在把它帶回家后，它重新識別了您家中的所有系統(tǒng)，電視、音響、DVD、并且自動(dòng)對自身進(jìn)行改造，來控制這些電器?！?

雖然在家用產(chǎn)品領(lǐng)域，F(xiàn)PGA功能的應(yīng)用還不是太廣泛，不過通過已經(jīng)日常電器化的個(gè)人電腦FPGA還是找到了進(jìn)入尋常百姓家的途徑。去年2月份，超級電腦制造商Cray宣布了采用最新FPGA系統(tǒng)的顯著成果，代號為XD1的系統(tǒng)安裝了AMD的芯片和6塊FPGA芯片，而最終FPGA將圖形芯片的運(yùn)行速度提高了1000倍。

然而不幸的是，為FPGA編寫應(yīng)用程序十分困難，并且還會花費(fèi)大量的時(shí)間。不過目前一些研究機(jī)構(gòu)一直致力于簡化FPGA的應(yīng)用，例如俄亥俄超級電腦中心目前就正在收集和整理按需匹配軟件的模板。

不過據(jù)那兩位信誓旦旦的研究員表示，德州電腦研究所中的芯片開發(fā)并不存在上述困難，因?yàn)樾滦托酒脑O(shè)計(jì)理念就是將任務(wù)簡化。實(shí)際上大量運(yùn)算在邏輯操作之前就已經(jīng)被多內(nèi)核芯片所預(yù)先處理，因此eFuse需要做的僅僅是將合適的信號傳輸?shù)角‘?dāng)?shù)牟课?。博格先生指出“可重?gòu)計(jì)算”芯片將會在未來十年中發(fā)展壯大。不過索尼CTO Tsugio Makimoto則預(yù)計(jì)到2007年為止，“可重構(gòu)計(jì)算”芯片就會有所成就，在那之后可適應(yīng)性芯片將會成為主流。

電腦業(yè)界分析家堅(jiān)信，可重構(gòu)功能無疑將會加速數(shù)字領(lǐng)域的進(jìn)化速度：最終達(dá)到“泛在計(jì)算”。到了那時(shí)，用戶在家中或者辦公室所遇到的任何物品中都將含有芯片，他們將記錄下用戶的特性和習(xí)慣，并且通過無線的方式和附近的芯片進(jìn)行溝通。在新紀(jì)元到來之后，英特爾公司計(jì)劃通過多內(nèi)核芯片來控制電腦、電視、家用電器、乃至打印機(jī)等多種電器產(chǎn)品。并且無論是藍(lán)牙還是Wi-Fi等無線接入技術(shù)最終都會得以融合。

泛在計(jì)算的時(shí)代合適才會到來現(xiàn)在還不得而知，不過如今的變型半導(dǎo)體技術(shù)仍然會被其他領(lǐng)域的重大突破所阻礙，例如惠普正在著手研究的新型導(dǎo)體塑料材質(zhì)研究，預(yù)計(jì)它有可能取代硅片現(xiàn)在在芯片業(yè)內(nèi)的地位。不過僅僅從芯片的角度來看，未來所要達(dá)到的狀態(tài)是完全一致的。家中、辦公室、汽車中整合了芯片的設(shè)備彼此連接，而幾乎市場上任何產(chǎn)品都進(jìn)入了“有芯”的時(shí)代。

轉(zhuǎn)自：AMT