米德-康维革命

米德-康维革命

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20世纪70年代后期,许多集成电路都是采用与英特尔的费德里科·法金(Federico Faggin)生产第一台微处理器相同的工艺来设计的。1971年,法金花了半年时间蹲在绘图桌上,首先用英特尔当时最先进的工具——直尺和彩色铅笔——勾勒出设计草图;然后用小刀将这个图案刻在红膜上;再用一个特殊的相机,将红膜上的图案转移到一个镀铬的玻璃板上,制成完美复制了图案的光刻版;最后,光线穿过掩模和一组透镜,在硅晶圆上投射出图案的微小版本。经过几个月的素描和雕刻,法金制造了一个芯片。

问题是,虽然铅笔和镊子对于一个有1000个元件的集成电路来说是足够的,但一个拥有100万个晶体管的芯片需要更复杂的工具。卡弗·米德是摩尔的朋友,是一位留着山羊胡的物理学家。当被介绍与施乐(Xerox)帕洛阿尔托研究中心的计算机架构师琳·康维(Lynn Conway)相识时,他正为这个问题伤脑筋。

康维不仅是一位杰出的计算机科学家,任何与她交谈的人都会发现,她的头脑中还闪耀着来自不同领域的见解,从天文学到人类学,再到历史、哲学。康维于 1973年以她所谓的“隐形模式”来到施乐。1968年,她在经历性别转变后被IBM 解雇。她惊讶地发现,硅谷的芯片制造商更像艺术家,而不是工程师。芯片制造商既有高科技工具,又有简简单单的镊子。芯片制造商在每一块硅上都制作了极其复杂的图案,他们的设计方法类似于中世纪工匠的方法。每家公司的制造厂都有一套冗长、复杂的专门说明,用于说明如果要在特定的工厂生产芯片,必须如何设计。作为一名计算机架构师,康维学会了按照标准化的指令来思考,而任何计算机程序都是基于标准化指令来构建的,她发现目前业内的做法奇怪地倒退了。

康维意识到,米德预言的数字革命需要严格的算法。在她和米德被一位共同的同事介绍认识后,他们开始讨论如何将芯片设计标准化。他们想知道,为什么不能通过给机器编程来设计电路。米德宣称:“一旦你可以编写一个程序来做某事,不再需要任何人的工具包,你就可以自己编程。”

康维和米德最终起草了一套数学“设计规则”,为通过编写计算机程序而进行自动化芯片设计铺平了道路。使用康维和米德的方法,设计者不必勾画出每个晶体管的位置,但可以从“可互换部件”库中提取,从而使得电路设计变得可能。米德喜欢把自己想象成约翰内斯·古腾堡(Johannes Gutenberg),古腾堡的图书生产机械化让作家专注于写作,使印刷厂专注于印刷。康维很快被麻省理工学院邀请教授一门关于芯片设计方法的课程。她的每个学生都设计了自己的芯片,然后将芯片设计资料送到制造工厂进行制造。六周后,她从未踏进过晶圆厂的学生,在邮件中收到了功能齐全的芯片。“古腾堡时刻”已经到来。

没有人比五角大楼对这场很快被称为“米德-康维革命”的事件更感兴趣。DARPA 资助了一个项目,让大学研究人员将芯片设计资料发送到尖端晶圆厂生产。 DARPA在资助未来武器系统方面享有盛誉,而在半导体方面,DARPA同样重视建设教育基础设施,从而使美国拥有充足的芯片设计师。DARPA还帮助大学获得先进的计算机,并与行业领袖和学者喝着葡萄酒讨论学术问题。DARPA认为,帮助公司和教授保持摩尔定律的活力,对美国的军事优势至关重要。

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芯片战争