夜深了,701实验室的其他成员早已下班,只有谢明华办公室的灯光还亮着。桌上摊开着几份新到的、通过特殊渠道获取的国外电子期刊复印件,上面满是模糊不清的图片和晦涩的英文术语。他的目光停留在一篇关于tel最新发布的8088微处理器的简短报道上。
16位数据总线,20位地址总线,最高主频5hz,集成了约29,000个晶体管……这些冰冷的参数,象一根根尖锐的针,刺痛着谢明华的神经。他闭上眼,脑海中浮现的却是实验室里那台“烨华计算机”庞大而笨重的身躯——数以百计的集成电路块、密密麻麻的飞线、占据了大半个桌面的主板,其内核运算和控制能力,却远不及这枚指甲盖大小的芯片。
一种前所未有的迫切感和焦虑感攫住了他。
yh-dos的成功,汉字信息处理的突破,固然振奋人心,但他比任何人都清楚,这一切都构建在脆弱的基础之上。依赖于国外淘汰或限制出口的通用集成电路,依赖于庞大、低效、高功耗的离散组件组合。这就象在沙地上建造高楼,外观或许华丽,但根基不稳,一阵风浪就可能坍塌。
“芯片……微处理器……”谢明华喃喃自语,手指无意识地敲击着桌面。
这才是未来信息产业真正的制高点,是计算机乃至所有电子设备的心脏和大脑。没有自主的芯片,所谓的“中文计算机”、“民族科技”,终究是无源之水,无本之木,永远受制于人。
这个梦想,或者说这个执念,早已在他心中埋下。从穿越之初,意识到这个时代的技术鸿沟时,它就悄然生根。如今,随着yh-dos的初步成功和701实验室的创建,他感觉自己有了一丝触碰这个梦想的可能,哪怕这可能性微乎其微。
他知道这条路有多难。这不仅仅是设计问题,更是整个工业体系的问题。光刻机、晶圆、蚀刻、掺杂、封装……每一步都横亘着巨大的技术壁垒。国内目前能稳定生产的,可能还只是简单的晶体管和中小规模集成电路(ssi/si),与国外的大规模集成(lsi)和微处理器时代,相差何止十年?
但他必须开始。哪怕只是最初步的探索,哪怕在别人看来是痴人说梦。
他摊开一张新的绘图纸,拿起了绘图铅笔。他没有好高骛远地去描绘8088那样的复杂架构,那是不现实的。他的目标是设计一个极其简化、但功能完整的8位微处理器内核。一个教程用的,或者说验证概念的原型。
他首先需要确定指令集架构(isa)。是采用复杂指令集(cisc)还是精简指令集(risc)?在这个时代,cisc是主流,tel的x86系列就是代表,但其复杂性不利于理解和设计。而risc理念此时才刚刚在学术界萌芽。
谢明华几乎没有尤豫,选择了risc方向。并非完全因为其理念先进,更是因为它结构简单,指令规整,更适合他目前“从零开始”的处境,也更容易向团队成员解释和传授。他要设计的,是一个拥有几十条基本指令的、最基础的risc核。
铅笔在纸上沙沙作响。他勾勒出基本的框图:算术逻辑单元(a)、寄存器组(register file)、指令译码器(struction deder)、程序计数器(pc)……每一个模块,都需要仔细考虑其位数、功能以及相互之间的数据通路。
这不仅仅是电路设计,更是逻辑设计和体系结构设计。指令的格式(操作码+操作数),需要设计指令的执行周期(取指、译码、执行、写回),需要规划内部总线的宽度和时序……
这期间,他再次动用了灵蕴空间的推演能力。当他将初步设计的a逻辑投入那意识中的光框架时,仿真结果显示在某种特定输入组合下,会出现短暂的逻辑竞争冒险,导致输出不稳定。这个隐患极其隐蔽,在常规设计中很难被发现。谢明华惊出一身冷汗,立刻在图纸上做了标记,重新调整了逻辑门的组合和时序。
仅仅是这个简化版cpu内核的逻辑设计,就耗费了他数个夜晚,消耗了大量的精神力。这还仅仅是在纸面上,是“思想实验”。接下来的电路实现,将是更大的挑战。如何用现有的、可能只有pos或早期nos工艺的国内产线,去实现这些逻辑功能?如何解决时钟同步、信号干扰、功耗散热等一系列问题?
他知道,在701实验室的现阶段,公开激活“芯片研发”项目是不明智的,会引来不必要的质疑和阻力,也会分散目前集中在软件和应用开发的精力。这只能作为他个人的“秘密项目”,在无人知晓的深夜独自推进。
但他并非完全孤军奋战。他开始有意识地在实验室的技术讨论中,穿插一些关于计算机体系结构、关于处理器基本原理的知识分享。他让赵健去研究指令集分类和编译原理,让老周去深入了解数字逻辑电路和时序分析。他是在为未来播种,潜移默化地培养团队对底层硬件的认知和理解。
有时,他会站在实验室的窗前,望着远处城市的零星灯火,心中充满了一种孤寂与豪情交织的复杂情绪。前路漫漫,荆棘密布。国际上,芯片技术正一日千里;而在国内,他可能要带领团队,从挖掘第一铲“硅砂”开始。
但这颗“芯片之梦”的种子,已经在他心中破土而出,顽强地生长。它源于对受制于人的不甘,源于对打造真正自主科技帝国的渴望,更源于一个穿越者,试图以一己之力,撬动时代齿轮的磅礴野心。
他将那张画满了逻辑框图和信号流向的图纸小心地卷起,锁进了抽屉的最深处。那里,藏着他的一个时代梦想,一个属于“中国芯”的、遥远而坚定的起点。他知道,总有一天,这纸上的线条,会变成真实的、跳动着“烨华”灵魂的硅芯片。