?第六章困難

    既然決定使用哈佛體系的數據存儲結構，所以片內的數據總線和指令總線也必須分開，以便于實現較高的指令流水線，目前用處不大，但是后續(xù)的產品在這個框架上將會越來越顯出優(yōu)勢。

    片內也分數據總線、指令總線和控制總線。片內的數據總線主要用于內部各個模塊之間的數據流的通道，這個總線有一定的難度，因為這涉及到時序，數據總線上出現的數據必須嚴格遵守時序要求，否則就會出現總線沖突問題，這就和馬路上的紅綠燈控制交通一個道理。而指令總線很顯然是指令寄存器和程序存儲器之間通信的連接，控制總線將由處理器的控制模塊通過對指令譯碼產生對各個模塊操作的控制信號組成，這些信號間也必須具有嚴格的時序關系。

    張億誠通過前世的知識理清了他們的關系后做出了大致的總線的設計圖，為什么說是大致，因為至關重要的時序結構設計還沒完成。

    時序結構用于描述處理器內部各模塊及各相關要素之間的時間關系，也就是各個要素執(zhí)行的順序，處理器的時序設計還要包括控制模塊中控制狀態(tài)機的設計和處理器各個模塊的時鐘設計，其中控制模塊時序的實現主要有兩種方式：狀態(tài)機實現方式和多時鐘實現方式。

    狀態(tài)機實現方式是通過狀態(tài)空間來定義指令的執(zhí)行步驟，用狀態(tài)機輸出的控制信號協調處理器內部功能電路來實現特定的數據流功能，而多時鐘設計方式有利于時序電路的設計，比較容易實現各個要素之間的時序順序，多時鐘設計在工作效率和可擴展性上不如狀態(tài)機，但是他有一條好處，那就是比狀態(tài)機的設計簡單的多。多時鐘使用固定的狀態(tài)空間及狀態(tài)轉移，以冗余的狀態(tài)空間為代價，獲取簡單的狀態(tài)計算過程，所以不需要像狀態(tài)機結構，增加額外的硬件資源來視線復雜的狀態(tài)轉移計算。思來想去，最后張億誠還是決定使用多時鐘時序結構。狀態(tài)機將作為以后的新技術配在高端芯片上。

    在進行多時鐘的設計中使張億誠又想到了門控電路，這可是節(jié)能降耗的好技術啊，使用門電路設計的門控時鐘用使能信號打開或者關閉時鐘信號，這個使能信號控制著的門電路，當時鐘關閉時，相應的時鐘域被關閉，功能也暫停。門控時鐘是減小功耗的強大技術，因為處理器在對外的數據交流中并不是一直在操作。

    當張億誠把門電路圖也繪制出來后，看了看手表已經凌晨2點左右，看樣一晚上自己完成不了這個工作，還是過高的估計了自己，后面將還會有復雜的算法級設計等還沒完成，張億誠決定放下手頭的未完成的工作去休息，把已經完成的圖紙折疊整齊按次序的放入保險箱，這里面出現了很多這個時代還沒有的設計思想如果泄漏出去他雖然可以獲得巨大的名聲，但是也將對他要開展的工作造成不必要的損害，在一些關鍵設計結構上沒有取得專利時，他不打算發(fā)表任何論文。藍色巨人的身影無處不在，他們擁有強大的社會關系且還擁有上萬名工程師，只要張億誠的設計思想泄漏那么一點點，張億誠相信很快將會出現基于此思想上的更多改進型的更先進的機器出現，這也是為什么他會慫恿他最親愛的同學埃里克去“裝配自己的計算機”的原因，他還沒有實力承受ibm、dec等這些公司的怒火。

    躺在床上張億誠雖然感覺已經很疲倦了，但是大腦依然處于興奮狀態(tài)，他又仔細的盤算了下以后的發(fā)展方式，如何才能在夾縫中發(fā)展壯大。世界上無論這個世界還是前世都是一流的公司做標準，二流的公司做技術，三流公司只能出賣自己的資源和勞動力了。而現在張億誠就站在暗處準備同這些巨無霸公司做標準的主導權爭奪，。

    一夜無話，第二天天不亮張億誠就起了床，前世的習慣，到外面跑了一圈回到自己的小院子里又打了一遍太極，感覺精神好了很多。匆匆的把昨天剩下的烤土豆和烤豬排加熱吃了下，又一頭扎進客廳投入未完成的工作中，剩下的已經不多，主要是算法的設計，和完成后的復查，盡最大可能減少出錯的機會。工作到中午的時候設計基本已經完成，這個時候還要經過一系列嚴謹、科學的驗證、測試、優(yōu)化才能保證設計的產品具有商業(yè)價值。目前這種狀態(tài)張億誠還沒有這些條件，他只能以自己的經驗和知識來判斷，他還沒有工廠來幫他生產流片來驗證這些理論上的性能數據。

    通過設計這將是一款真正的16位微處理器，用單一5v電源，時鐘頻率理論上將達到6mhz~12mhz采用3級的流水線哈佛體系結構，增加的流水線設計提高了時鐘頻率和并行能力，每一個指令的處理分配為了3個時鐘周期內，在每個時鐘周期內同時有3個指令在執(zhí)行，為了通用性采取了主，輔雙指令集設計模式。同時包含浮點指令部分和整數部分，擁有16個16位寄存器初步達到了張億誠的設計目標。

    那么下面將是制造樣片驗證的過程，據張億誠的估計要想制作出這樣的一個粗糙的芯片晶體管估計要達到3－5萬根左右。那么下一步將是制造，制造又分代工廠（oem）模式和自設工廠，代工廠生產的話是最簡便的，但是對于后續(xù)的工藝水平的研發(fā)將不利，自設工廠對于技術的保密形成技術優(yōu)勢是不二選擇，但是生產設備和工人前期的工作培訓會是一大比開支。張億誠仔細的思考了一遍，還是決定自設工廠生產，將來條件若合適會立即轉移到國內生產，這樣可以帶動周邊的一大批周邊產業(yè)的技術進步，這也正是自己來到這個世界的初衷。

    由于以前張億誠剛進研究所的時候，跟前輩們學過一段時間的半導體的研究所以對處理器的制作初級過程還是比較了解，自己現在要造的也不是什么高級貨，難度應該不是很大。

    多數人應該都知道現在的處理器大都是使用硅材料制成的。硅是一種非金屬元素，從化學的角度來看，由于他處于元素周期表中金屬元素區(qū)和非金屬元素區(qū)的交界區(qū)，所以具有半導體的性質，適合制造各種微小的晶體管，是目前最適合制造大規(guī)模集成電路的材料，一般來說硅是從沙子里提取出來的。當然，處理器的制作過程中還要使用一些其他的材料，這也是為何前世的時候人們不會看到英特爾和amd公司把成噸的沙子拉往他們的制造工廠。能制成處理器級別的硅對純度要求非常高，正因為此對材料提純工藝的復雜，人們是無法將一頓沙子與一百克的高純硅的價值相提并論，半導體巨頭就是具有把沙子變成黃金的手段的公司。

    在張億誠的印象中，處理器的制造過程可以大致分為這么幾大步驟：沙子原料提存、形成硅錠、晶圓、光刻（平板印刷）、蝕刻、離子注入、金屬沉淀、金屬層、互聯、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試和包裝上市等步驟，而且每一步驟里又包含很多的細致的過程。

    前兩步甚至前三步張億誠都不打算自己做，與后面幾步相比沒太大技術含量，固定投資又需要很多錢，最主要是電消耗大戶，在自己的芯片業(yè)務沒上規(guī)模前投入資金進去不可能盈利，等到把成本收回來不知道猴年馬月的事。

    那么下面的這些步驟，張億誠大致知道有這么回事，要真的具體去操作做，自己還真不一定搞的定，這就需要這方面的人才，人才那里來？一、登報招聘，二、同學學校導師的推薦。如果登報招聘以自己目前能給的出的價錢和自己的知名度很難吸引到真正的高級人才，自己可沒所謂的王八之氣，虎軀一震各需要的人才紛紛納頭就拜，爭著搶著給自己干活還不要錢，說到底這是個分工協作的金錢社會。那么只有通過導師的推薦這一條路，由于美國大學的學風，使得各大學的交流很頻繁，所以在某些領域有潛力或者特殊才能的人經常的會到各個大學做講演或者學術方面的合作，因此各教授間有一定的牽扯，而這個時候的美國學術界和商界交流也比較的頻繁，很多知名學者有自己的研究成果時候要么出售專利要么下海創(chuàng)業(yè)，沒有前世的中國那種政府官僚主義，而這就是張億誠的契機，他為什么不想因為罰款的事情而和學校大吵大鬧甚至對簿公堂，也是因為在自己沒發(fā)展起來前通過學校能招到自己需要的人才。

    要找到合適的人才，目前最適合的只有ibm、dec、英特爾、amd、摩托羅拉、德州儀器等這幾家著名的半導體公司，以自己目前這種學術上沒有作為，資金又沒有優(yōu)勢的人直接去挖人等于天方夜譚。