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[原创]“内存墙”和CPU设计新思路，最近的进展和计划

绽铃子
[博客]
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警告次数: 2

头衔: 海归少将

声望: 专家

加入时间: 2006/02/03
文章: 5156

海归分: 288893

时间: 2010-10-16 周六, 05:49 标题: [原创]“内存墙”和CPU设计新思路，最近的进展和计划

[原创]“内存墙”和CPU设计新思路，最近的进展和计划

作者：绽铃子 在新的CPU缓存电路发贴, 来自【海归网】 http://www.haiguinet.com

“内存墙”和CPU设计新思路，最近的进展和计划

“内存墙”是一个改变世界CPU工业格局，以至于全世界整个IT业格局的巨大技术挑战。通用CPU工业正在走过一个完整的轮回。“内存墙”使得Intel多年来的技术积累变得毫无价值，Wintel联盟正在迅速败退。20年前，许多CPU设计公司被Intel全部打垮。现在，众多新的CPU公司，正在卷土重来，包括苹果和Oracle都在大力投资通用CPU。不过，目前，通用CPU设计的新发现，新思路并不多。我发现的内存访问规律和在此发现基础上发明的新CPU缓存替换算法是30年来最大的一个理论突破。如果国产CPU利用这个技术，可以一步登天，领先世界。

“内存墙”问题在10年前，只有少数顶尖科学家重视。比如Alpha芯片的总设计师Richard Sites。其他的科学家，大概是善意或者恶意地忽视了。我个人认为“内存墙”问题是在被掩盖。就在两年前，“内存墙”还不为人所知，如果Google的话，内容很少，中文的基本没有。现在Google“内存墙”，有很多结果。“内存墙”问题已经无法掩盖。“内存墙”的后果，我们每个人都感受到了。我过去的两年买了两台笔记本都非常热，导致故障，不得已买上网本。我现在依然在用XP操作系统，不想升级。Vista奇慢无比，Win7也不好。

过去20年，PC的商业模式就是：Intel不停地推出更快的CPU，微软把软件写得更慢，强迫大家升级。现在，因为“内存墙”问题，“Intel rubbish at making chips”。这个生意模式已经不行了。过去5年，苹果飞速发展，特别是采用ARM芯片的IPhone和IPAD。ARM有机会成为下一个Intel。不过苹果和其他人，显然会压制ARM。苹果最近连续收购多家小CPU设计公司，就是例子。Oracle的老板也不甘寂寞，SUN已经到手，但是他还在收购CPU公司。

可以肯定，任何有助于突破“内存墙”的技术，都有巨大价值。以AMD的前CTO，Fred Weber为例。2005年，Weber提出了“Instruction Set Consolidation”的概念。意思是说，因为内存墙，CPU核心的区别已经没有意义了，任何CPU核心，效果都是一样的。 Weber为AMD指出的道路是：X86无处不在。Intel现在就是走的这条路。但是，Weber当时被AMD开除了。离开AMD后，Weber成立了一家公司metaRAM，专门做新的内存。最近的消息是，这家公司关门了。在没有新发现和新突破的情况下，“内存墙”哪有那么容易突破。

我的发现是一个偶然，当然也是我辛苦努力的结果。我当时无聊地亲自重复所有的实验。过去30年来，所有的人都相信“时间局域性原理Principle of Temporal Locality”。这个原理和LRU替换算法，是每一本教科书必讲的。比如计算机体系结构的圣经教科书，斯坦福大学的著名教授，MIPS的发明者，Hennessy和Patterson的《量化研究方法》第4版的38页，对“时间局域性原理”的描述是：The recently accessed items are likely to be accessed in the near future。但是，我肉眼观察和统计的结果，恰恰与之相反。我发现的，内存访问的分布呈现严重的“长尾”形态。几乎所有的程序，最少超过50%的数据是只使用一次的。而且，在网络和多媒体应用中，只使用一次的比例，超过90%。我详细查阅资料，包括我，有三个人发现了这个规律。但是，只有我认真地坚持下来，据此发现，重新设计CPU缓存。

通过和“离线最优替换算法”比较，我发明的WLRU替换算法，性能已经接近理论极限。也就是说，优势可以保持一段时间。如果出现抄袭者，性能超过我的可能性不大，接近，是有可能的。我的专利已经批准了一个，美国专利7783836。后续专利也已经提出。

产业化，我准备尝试各种可能。既自己做，也把技术和专利转让给任何人，特别是国内的有雄心的企业。当然也不排除Intel，AMD和苹果，Oracle。这些都不矛盾。因为，市场经济下，估值的规则是“Damage based”。如果我自己的企业或者国内企业靠这个技术给Intel造成了巨大的麻烦，这个技术对Intel就越值钱，Intel就越愿意出大钱来买，最近两年，Intel还拿得出钱。

我现在正在把WLRU缓存做成一个IP，用在ARM芯片上。我们开发的IP和ARM自己的二级缓存PL310，接口完全一致，可以无缝替换。国内目前有几家在做ARM Cortex A9的芯片，都可以使用这个技术。IP的设计已经完成，正在测试。采用WLRU缓存后，国产CPU的性能可以立刻世界领先，山寨IPAD的高画质3D图形和高清视频解码能力，将大大强于苹果。

缓存是CPU中最重要的，可以说是唯一重要的。一块CPU芯片的90%都是缓存，CPU计算部件所用的晶体管，不到14%。

WLRU缓存替换算法，是捡了个漏。天上给祖国掉下来的金元宝。就看祖国和帝国主义，谁的运气好。

作者：绽铃子 在新的CPU缓存电路发贴, 来自【海归网】 http://www.haiguinet.com