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John Hennessy和David Patterson究竟為微處理器產業貢獻了什么?

2018-03-23
關鍵詞: MIPS 微處理器 計算機

據國外媒體報道,今日國際計算機學會(Association for Computing Machinary,ACM)提名斯坦福大學前總裁約翰·L·軒尼詩( John L. Hennessy)以及加州大學伯克利分校退休教授大衛·A·帕特森(David A. Patterson)為2017年度ACM圖靈獎獲得者,以表彰兩人開創了一種系統的、定量的方法來設計和評價計算機體系結構,并對微處理器行業產生了持久的影響。


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目前軒尼詩為MIPS科技公司創辦人,第十任斯坦福大學校長,目前擔任Alphabet董事會主席。而帕特森2016年作為杰出工程師加入谷歌。


據悉,軒尼詩和帕特森創立了一種系統性定量方法,能夠用來設計處理速度更快、功耗更低和減少計算機指令集(RISC)的微處理器。他們的方法為處理器行業帶來了持久和可重復的開發原則,學術界和工業界的一代又一代架構師將其方法應用于多個項目。如今在全世界每年生產的160億微處理器中,99%都是RISC處理器,幾乎所有的智能手機、平板電腦和數十億的嵌入式設備(物聯網)都有這種處理器的身影。


軒尼詩和帕特森通過《計算機體系結構:一種定量方法》(Computer Architecture: A Quantitative Approach)將其見解整理成冊,相應思想也影響了一代又一代的工程師和科學家。他們的工作支撐了我們對新處理器架構進行建模和分析的能力,大大加速了微處理器設計的前進步伐。


2017年圖靈獎公布,兩位獲獎者都在為Alphabet工作


ACM圖靈獎(ACM Turing Award)通常被稱為“計算機界的諾貝爾獎”(Nobel Prize of Computing),獎金為100萬美元,目前由谷歌公司提供資金支持。該獎項以英國數學家阿倫·M·圖靈(Alan M. Turing)命名。圖靈明確了計算機的數學基礎和極限。軒尼詩和帕特森將于2018年6月23日(周六)在加州舊金山舉行的ACM年度頒獎晚宴上正式獲得2017年ACM圖靈獎。


ACM主席維姬·L·漢森(Vicki L. Hanson)指出:“ACM在1966年創立了圖靈獎,以表彰對計算機領域具有持久和重大技術創新的貢獻者。”軒尼詩和帕特森的作品無疑體現了這一標準。他們對低能耗RISC處理器的貢獻使得移動設備和物聯網革命成為可能。與此同時,在過去的25年里,他們開創性的教科書影響了一代又一代的工程師和電腦設計師,推動了整個行業的創新步伐。


微軟公司創始人比爾·蓋茨(Bill Gates)也大力推崇軒尼詩和帕特森對計算機領域的貢獻,表示他們的貢獻“已被證明是整個行業蓬勃發展的基礎。”


MIPS和SPARC概念的開發

而降低處理器復雜性的概念架構研究可以追溯到1960年,也就是由IBM資助的801項目,由軒尼詩和帕特森負責。斯坦福大學和加州大學伯克利分校都在大力研究RISC架構的可行性方法,推廣其概念,并介紹給學術界和產業界。RISC方法不同于當時流行的復雜指令集計算機(CISC),因為它只需要一組簡單和通用的指令(計算機必須執行的功能),需要的晶體管數量比復雜指令集少,并且減少了計算機必須執行的工作量。


帕特森的伯克利團隊創造了RISC這個詞,并在1982年建立并演示了他們的RISC-1型處理器。RISC-1型處理器采用了44000個晶體管中,其性能要優于傳統的CISC設計,后者的實現往往需要100,000個晶體管。軒尼詩于1984年聯合創立了MIPS電腦系統公司,將斯坦福團隊的工作市場化。后來,伯克利團隊的研究成果通過Sun Microsystems公司的SPARC微處理器架構商業化。


盡管許多計算機架構師最初對RISC持懷疑態度,但MIPS和SPARC市場化的成功,RISC設計較低的生產成本,以及更多的研究進展,使RISC得到了業界的廣泛接納。到20世紀90年代中期,RISC微處理器已經在整個領域占據主導地位。


開創性教科書

軒尼詩和帕特森在1990年出版的教科書《計算機體系結構:一種定量方法》(第一版)中提出了這種基于科學的新方法。 這本書影響了一代又一代工程師,并通過向計算機體系結構社區傳播重要思想,大大提高了微處理器設計的進步速度。在計算機體系結構方面,軒尼詩和帕特森在鼓勵架構師仔細優化他們的系統,從而適用于不同的內存開銷和計算成本。他們的工作還促使微處理器從尋求原始性能轉向設計體系結構,充分考慮到微處理器的能耗、散熱以及片外通信等問題。 這本書是開創性的,因為它是第一本提供分析和科學框架的著作,為工程師和設計人員評估微處理器設計提供了重要方法和評估工具。


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