国内IC设计公司没技术含量?海思员工第一个不服
小部分,就算是高通,也用了很多其他公司的IP核。
一个公司想把所有活都干了,那绝对是不可能的,就算做到了,它的芯片也不会有竞争力。其实玩搭积木也是很有技术含量的,海思肯定是国内玩得最好的公司。目前公司的一个目标也是把越来越多的模块自主化,但是需要时间。
先从最底层芯片说起,开头说了mos管,现在说说与非门。上面说了mos管是芯片的最小单位,但这是对于芯片制造厂而言的。芯片设计时不会直接画mos管,在数字电路中,使用的最小单位是门电路,与非门就是用得最广泛的一种。一个与非门大概要4个mos管组成,与非门大家应该都非常熟悉。如下图:
大家都知道,家里的开关有两种状态嘛,打开和关闭。当上图中的开关1和开关2两个开关中只有1个开关打开时,经过与非门处理,开关3就打开了。如果开关1和开关2两个开关都关闭或者两个开关都打开,经过与非门处理,开关3就关闭了。其实和与非门类似的东西生活中随处可见。比如说有的人家里有一个灯,这个灯在家门口设了一个开关,方便进出家门时开关灯。在床边也设了个开关,方便晚上睡觉时关灯。这个其实就是一个与非门,两个开关控制同一个灯。一个开关打开,灯就亮了,两个开关同时打开或者关闭,灯就灭了。
这样的话,用一个与非门和一个与门就模拟了最简单的一个加法器,最大只能计算1+1。计算机中有几亿个这样的门电路,它们组合起来就能做非常复杂的运算。现在的大部分CPU都是64位的,这种CPU肯定会有64位加法器甚至128位加法器。拿64位加法器来说,它最大可以计算出18446744073709551616 + 18446744073709551616。
说到这里,不得不说说芯片频率。
先说说1G频率是什么概念,让大家有个至关的认识,这个数字就是说每秒钟10亿(1,000,000,000)次。为什么会有这个东西呢?刚才我说了与非门,开关3是随着开关1和开关2的变化而变化的,对人类来说,开关3的变化速度很快,是瞬间的,但这个变化总是需要一点时间的。开关3可能是另外一个门电路的输入开关,如果变化到一半,它的下一个门电路就接受开关3的输入,可能会产生很严重的问题。
一般来说,一层门电路需要等它的上一层门电路完全变化完毕,输出稳定之后,它才接收上一层的输入,开始变化。这个时候就需要有一个指挥家来指挥这些门电路什么时候开始变化,这个指挥家就是芯片频率,指挥家会定时发出脉冲,1G就是每秒1一次脉冲。门电路等脉冲到来的时候就开始做这个变化。
从上面可以看出,指挥家指挥得越快,芯片运算速度越快。但要说明一点,两倍的频率并不代表两倍的性能。因为CPU和内存、外设频率不同步,它们之间的频率相差越多,CPU空转的次数越多。另外再说一点,门电路变化的过程其实就是mos充电放电的过程,mos管充电放电越快,芯片的频率可以做到越高,而二级效应会减慢mos充电放电的速度。如果mos管想要充电放电快一点,要提高mos管电压,这样就提高了芯片的功耗。
而关于芯片设计过程,大家对IP核、指令集和架构这些东西都比较感兴趣。
先说说ARM的IP核吧,ARM授权包括指令集和CPU核心架构。据我了解,除了高通外,其它芯片厂商都使用了ARM的CPU核心架构,也就是经常可以听到的A9 A15。高通比较高端,CPU核心架构自己搞,如果搞得比A9 A15好的话确实可以提高CPU性能,但由于ARM收取高昂的核心架构修改费用,所以要付更多的钱给ARM。指令集是CPU与上层的编译器、操作系统和应用程序的接口,使用ARM指令集意味着你做的CPU可以兼容安卓系统、安装应用、C编译器。
如果哪个公司自己整一套全新的指令集,那它做出来的CPU一点用处没有,既没有操作系统也没用应用。此前联想出了个K800,用的是英特尔Atom CPU,这款CPU非常特别,使用X86指令集,结果是一出悲剧,很多游戏兼容不了。不过英特尔还得感谢谷歌,否则这个CPU连安卓都兼容不了。目前来看,CPU不用ARM指令集很难玩转,而且随着越来越多应用只支持ARM,ARM的地位会越来越巩固,就像电脑CPU,如果不用X86指令集,连Windows都很难安装,这是一个垄断的帝国。
下面说说CPU核心架构,说之前不得不先谈谈PDK。PDK是ProcessDesign Kit 工艺设计包,它和晶圆厂的制作工艺紧密相关。PDK是什么呢,它描述了一个具体工艺基本元器件的电器特性。比如台积电28nm工艺和40nm工艺做出来的mos管电器特性肯定不一样。28nm工艺和40nm工艺做出来的mos管额定电流范围、电压范围肯定不同,在相同外界输入下,输出曲线也肯定不一样。芯片公司如果没有PDK,根本不知道设计出来的电路性能如何,
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