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穿越59,开局获得签到系统:第327章 “节能架构”灵感

五月的第三个星期,张氏出院了。 赵四请了半天假,把母亲接回家。 小小的四合院里,平安早早就等在门口,见奶奶下车,跑过去搀扶。 “奶奶,您慢点。” “哎,乖孙子。”张氏摸着平安的头,眼眶有点湿。 在医院躺了快一个月,回家看到熟悉的院子,看到孙子,心里才真正踏实了。 苏婉清已经把屋子收拾得干干净净,床铺晒过了,透着阳光的味道。 她扶着婆婆在院里坐下,端来温水:“妈,先喝口水,休息会儿。午饭我炖了鸡汤,清淡的。” 赵四看着这一幕,心里暖烘烘的。 家,就是这样。 有人等你回来,有人为你忙碌,有人为你牵挂。 “四儿,你忙你的去。”张氏说,“我这儿有婉清和平安,你不用守着。” “我今天没事,陪陪您。” “胡说。”张氏看着他,“你眉头还锁着呢,肯定有事。去吧,妈真的好了。” 赵四确实有事。 “长城二号”的流片文件已经发往上海,生产线正在准备试制。但功耗问题像一块大石头,压在他心里。 1.2瓦,这个数字在实验室里看不算什么,但在实际应用中,特别是他们设想的便携设备、嵌入式系统,就是致命的。 功耗高意味着发热大,需要散热装置;意味着耗电快,需要更大容量的电池;意味着应用场景受限,很多领域用不了。 “那我下午去趟基地。”赵四妥协了,“晚上回来吃饭。” “好,晚上包饺子。”张氏笑了,“做你爱吃的白菜猪肉馅。” 离开家,赵四没直接去基地,而是去了协和医院。 他想找苏婉清聊聊。 不是聊技术,就是随便聊聊。 有时候,跳出技术思维,反而能找到灵感。 苏婉清正在办公室整理病历。 见他来,有些意外:“怎么来这儿了?妈那边……” “妈没事。”赵四在椅子上坐下,“就是心里乱,想找你说话。” 苏婉清放下手里的活,给他倒了杯水:“是芯片的事?” “嗯,功耗问题。”赵四揉着太阳穴,“设计完成了,性能达标了,但功耗太高。如果解决不了,芯片造出来也没用。只能用在插电的设备上,移动设备、便携设备都别想。” “你们之前没考虑功耗吗?” “考虑了,但不够。”赵四苦笑,“我们光顾着追性能,追集成度,觉得功耗可以后面优化。现在发现,优化比设计还难。” 苏婉清静静听着。 她不懂芯片设计,但她懂一个道理:任何系统,平衡最重要。 “赵四,你还记得我学中医时,老师讲的第一课是什么吗?”她忽然问。 “什么?” “阴阳平衡。”苏婉清说,“人体是个精密的系统,各个部分要协调工作。阳气太盛会上火,阴气太重会寒凉。好的中医不是头痛医头,脚痛医脚,而是调节整个系统的平衡。” 赵四若有所思。 “你们的芯片,是不是也这样?”苏婉清继续说,“性能要强,但功耗要低;速度要快,但发热要小。这中间,得有个平衡点。” “道理我懂,但怎么找这个平衡点?” “中医调理,不是一下子下猛药,而是慢慢来。”苏婉清拿过一张纸,画了个简图,“比如这个人阴虚火旺,医生不会只开清火的药,那会伤阳气。而是开滋阴的药,同时配一点清火的,让身体自己调节,慢慢恢复平衡。” 她指着图:“你们的芯片,能不能也这样?不要一直全速运行,而是该快的时候快,该慢的时候慢?就像人,该工作的时候工作,该休息的时候休息。” 赵四猛地站起来。 该快的时候快,该慢的时候慢……动态调节……时钟门控…… 一个念头像闪电一样划过脑海。 “婉清,你真是天才!”他抓起外套就往外跑。 “你去哪儿?” “基地!我知道怎么解决功耗问题了!” 苏婉清看着他匆匆离去的背影,摇头笑了。 这个男人,总是这样,一点灵感就能点燃全身的热情。 香山基地,会议室里烟雾弥漫。 不是香烟,是焦虑的气息。 十几个人围桌而坐,桌上摊着“长城二号”的功耗分析报告。 每个人的脸色都不好看。 “所有模块都分析过了。”杨振华推了推眼镜,“算术逻辑单元功耗占比35%,寄存器堆28%,控制单元22%,剩下的是总线和接口。每个模块单独看,设计都没问题,但合在一起,功耗就超标了。” 陈启明抓了抓头发:“能不能改工艺?用更先进的制程?” 林雪摇头:“上海那边说了,现在只能做到5微米。而且工艺改进不是一朝一夕的事,至少要一年。” “那降低频率?”张卫东提议,“主频降到800kHZ,功耗应该能降下来。” “但性能也降了。”陈星反对,“我们要对标的是8080,性能不能妥协。” “这也不行,那也不行,到底怎么办?”有人烦躁地拍桌子。 会议室的门被猛地推开,赵四冲进来,眼睛发亮。 “有办法了!” 所有人都看向他。 “动态时钟门控!”赵四走到黑板前,抓起粉笔,“不是降低整体频率,而是动态调节。哪个模块工作,就给哪个模块时钟;哪个模块闲置,就切断它的时钟信号!” 他在黑板上飞快地画着:“看,这是我们的芯片架构。大部分时间里,不是所有模块都在工作。比如在执行算术运算时,指令译码器是闲置的;在访问内存时,ALU是闲置的。” 粉笔在黑板上敲出清脆的声音:“如果我们能实时监测每个模块的工作状态,动态开关时钟,理论上能节省多少功耗?” 杨振华迅速心算:“假设平均每个时刻有30%的模块闲置……那功耗能降低30%以上!” “对!”赵四激动地说,“而且这不仅仅是省电的问题。模块不工作时切断时钟,发热也减少了,散热压力变小,可靠性提高!” 会议室里安静了几秒,然后爆发出热烈的讨论。 “这个思路好!但怎么实现?” “需要设计一个状态监控单元。” “还要有精细的时钟树设计,每个模块的时钟要能独立控制。” “控制逻辑会不会太复杂?” 陈星一直没说话,眼睛盯着黑板上的草图。突然,他站起来:“赵总工,中医讲究平衡,讲究顺势而为。咱们这个设计,是不是也是这个道理?” 赵四一愣,随即笑了:“对,就是这个道理!不要强行压制功耗,而是顺应芯片的工作节奏,该忙时忙,该歇时歇。这就是“节能架构”的核心思想!” 思路确定了,接下来是具体设计。赵四把人员分成三组:陈星和陈启明负责架构设计,杨振华负责算法和控制逻辑,林雪和张卫东负责仿真验证。 “时间很紧。”赵四看着大家,“上海的生产线已经准备好了,一周后就要流片。我们必须在一周内完成设计修改,重新生成流片文件。” “一周?”陈启明倒吸一口凉气,“这几乎不可能!” “可能不可能,做了才知道。”赵四说,“从现在开始,所有人吃住在基地。我让食堂24小时供餐,需要什么物资,直接跟我说。” 没有犹豫,没有抱怨。大家立刻行动起来。会议室成了临时指挥部,图纸铺了满地,计算机全天运转。 陈星和陈启明负责的架构设计是最关键的一环。他们要在原有设计的基础上,增加时钟控制网络和状态监控单元,还不能影响芯片的主要功能和性能。 “这里要加一个时钟门控单元。”陈星在图纸上标注,“每个主要模块的时钟输入,都要经过这个单元。控制信号来自状态监控器。” 陈启明皱眉:“但这样会增加布线复杂度,可能影响时序。” “所以我们得优化。”陈星拿起计算尺,“计算一下最坏情况下的路径延迟。如果超标,就要重新规划布局。” 两人埋头计算。窗外,天色渐暗,又渐渐亮起。他们熬了一个通宵。 第二天早上,杨振华拿着控制算法初稿过来时,看到两人眼睛通红,桌上堆满了草稿纸。 “怎么样?” “基本架构确定了。”陈启明声音沙哑,“但有个问题——状态监控器本身也需要功耗,如果它太复杂,省下来的电可能还不够它自己用的。” 杨振华推了推眼镜:“这就是我要解决的问题。我的算法要尽量简洁,用最少的逻辑判断工作状态。” 他展开自己的图纸:“看,我设计了一个两级监控系统。第一级是粗判,根据指令类型预判哪些模块可能被使用;第二级是细判,在实际执行时确认。两级结合,准确率高,逻辑又不复杂。” 陈星仔细看着算法流程图:“这个思路好。但执行起来,会不会有延迟?比如从发现模块闲置,到切断时钟,这中间的时间差……” “这就是关键。”杨振华指着一段逻辑,“我设计了一个“预测-确认”机制。在指令解码阶段就预测接下来哪些模块会用,提前准备。如果预测错了,再快速纠正。这样延迟最小。” 三人讨论到中午。食堂送来了饭菜,他们边吃边聊,饭粒掉在图纸上也不在意。 下午,林雪和张卫东带来了仿真结果。 “好消息和坏消息。”林雪说,“好消息是,从理论模型看,动态时钟门控能降低功耗35%以上。坏消息是,控制逻辑的增加,会让芯片面积增大8%。” “8%?”陈启明皱眉,“这意味着成本增加,良品率可能下降。” 赵四一直静静听着,这时开口:“功耗降35%,面积增8%。你们觉得,值不值?” 大家沉默。 这是典型的工程权衡——没有完美方案,只有取舍。 陈星忽然说:“值。” 所有人都看向他。 “我们造芯片,不是为了造一个实验室样品,是为了实际应用。”陈星认真地说,“功耗降35%,意味着我们的芯片能用在小设备上,能用电池供电,能用在更多场景。面积增8%,成本会增加,但应用范围扩大了,市场更大了。” 他顿了顿:“就像中医开药,不能只看一味药的副作用,要看整个方子的效果。这个设计,整体效果是好的。” 赵四笑了:“说得好。那就这么定了——采用动态时钟门控,接受面积增加。林雪,重新计算成本,调整定价策略。张卫东,修改设计工具,生成新的版图。” “明白!” 又是一轮奋战。设计、仿真、修改、再仿真……循环往复。每个人的眼睛里都布满血丝,但没人喊累。 第三天夜里,陈星趴在桌上睡着了。他梦见自己在陕北的黄土坡上,背着一捆柴火往家走。路很长,坡很陡,他走得很累。突然,柴火变轻了,他回头一看,是赵四在帮他托着。 “赵总工……” “醒醒。”赵四推醒他,“最终版设计完成了,你要不要看看?” 陈星揉揉眼睛。会议室里,所有人都围在绘图仪旁。绘图笔在纸上沙沙作响,绘制着最终的芯片版图。 那是他们一周心血的结晶。 “长城二号”的最终设计,集成了动态时钟门控技术,功耗预计降低38%,面积增加7.5%,性能保持不变。 当最后一笔完成时,会议室里爆发出欢呼。有人跳起来,有人拥抱,有人偷偷抹眼泪。 赵四看着这群年轻人,心里涌起复杂的情绪。他们是如此拼命,如此纯粹,为了一个目标,可以不吃不睡,可以付出一切。 这就是中国的技术人。 “图纸今晚就发往上海。”赵四说,“大家辛苦了,回去好好睡一觉。” “赵总工,您也休息吧。”陈启明说,“您这一周,也没怎么合眼。” “我没事。”赵四摆摆手,“你们先走,我收拾一下。” 人群散去,会议室安静下来。赵四一个人坐在那里,看着墙上的图纸。月光透过窗户照进来,图纸上的线条泛着微光。 他想起了苏婉清的话:阴阳平衡。 是啊,芯片设计也是平衡的艺术。性能和功耗,面积和成本,速度和可靠性……没有绝对的优劣,只有最适合的平衡点。 而这一次,他们找到了。 手机响了,是苏婉清打来的。 “还没结束?” “结束了,设计完成了。”赵四的声音里带着疲惫,也带着释然,“婉清,谢谢你。你的中医理论,救了我们的芯片。” 电话那头笑了:“我就随口一说,是你们自己厉害。” “不,你是对的。技术到最后,都是相通的。平衡,调节,顺势而为……这些道理,放在哪儿都对。” “那你什么时候回来?妈还给你留了饺子呢。” “现在就回。” 走出基地,夜风清凉。赵四深吸一口气,感觉这一个星期的疲惫都消散了。 他开车回家。胡同里很安静,家家户户都熄了灯。只有他的小院里,还亮着一盏灯。 推开门,苏婉清在灯下看书,见他回来,抬起头。 “饿了吧?饺子在锅里热着呢。” “妈睡了?” “睡了,平安也睡了。”苏婉清起身去厨房,“你先坐,我给你端来。” 热腾腾的饺子端上来,白菜猪肉馅,香喷喷的。赵四吃了一个,眼眶忽然有点湿。 “怎么了?”苏婉清问。 “没什么。”赵四摇头,“就是觉得……真好。” 有家可回,有人等待,有热饭吃。 而他为之奋斗的一切,最终也是为了守护这样的温暖。 科技是什么? 是实验室里的精密仪器,是图纸上的复杂线条,是芯片里的千万晶体管。 但归根结底,是为了让更多人有热饭吃,有家可回,有人等待。 如此,便值得。 吃完饺子,赵四走到院里。五月的夜空,星星很亮。 他想,此刻在上海的生产线上,工人们应该正在准备新的流片。一周后,那片硅片上,会刻下他们设计的图案。 那图案里,有中医的平衡智慧,有团队的拼搏汗水,有一个国家不甘落后的决心。 星星点点,汇成星河。 而他们,正在创造属于自己的星光。