後科技時代－－處理器的思考

在距離今天不到六十年的時間裏，出現了幾個與當今電子信息領域有着重大影響的公司和我的。最重要的公司固然是Fairchild半導體，另外一些是Fairchild半導體派生出的公司。最有影響力的人選有諸多爭議，有人說是Robert Noyce，也有人說是Jack Kilby，我覺得只能是William Shockley。我每閱讀着與Shockley有關的史料事蹟，總有莫名的酸楚。他是硅谷的事實締造者，也是硅谷第一棄徒。整個硅谷，整個IT史冊，再無一人如Shockley般謗滿天下。

1947年12月16日，John Bardeen，Walter Brattain和William Shockley發明了人類歷史上第一顆固態放大器，以前的放大器採用的是至今或許已被遺忘的真空電子管。他們意識到這個放大器的本質是阻抗的變化，將他們的發明稱爲Trans-resistor，簡稱爲Transistor。多年之後，錢學森將其正式命名爲晶體管。正是這一天的發明，人類進步的歷史軌跡被再次更改。一個令全部人爲之振奮的電子信息時代即將到來。

1956年的諾貝爾物理獎沒有絲毫爭議地賦予了這三人。在此前的一年Shockley隻身來到加州，來到Santa Clara，成立了Shockley半導體實驗室。在這片美國最晚迎來陽光的大地，由於Shockley的到來，將升起第一面迎接電子信息時代的旗幟。

Shockley選人的眼光，與他的科技才能嚴格成正比。IT史冊記載了前後加入Shockley半導體實驗室的八位科學家，他們分別是Julius Blank，Victor Grinich，Jean Hoerni，Eugene Kleiner，Jay Last，Gordon Moore，Sheldon Roberts和Robert Noyce。這八我的即將被Shockley稱爲Traitorous Eight。

Shockley的用人方式，與他的科技才能成反比，在得到諾貝爾物理獎後，也許他認爲在科技領域已經沒有什麼值得他去挑戰，他選擇挑戰財富。他的目標是生產5美分一支的晶體管，藉此挑戰在加州已經聲名赫赫的Hewlett和Packard。Shockley的這個目標直到上世紀八十年代才得以實現。Shockley的想法老是使人難於琢磨。在Shockley半導體實驗室存在的歲月裏，起初懷抱着無限崇拜與幻想的，Shockley天才的門徒們始終忍受着煎熬。從加入這個到離開這裏，他們沒有創造出任何一項能夠另他們爲之自豪的產品。

在Shockley否決了他們準備研究集成電路的一項提議以後，他們被最後一根稻草壓垮。這八我的已經再也不對Shockley存有任何幻想，集體向Shockley提出辭職。震驚的Shockley，憤怒的Shockley，狂躁的Shockley將這八我的統稱爲Traitorous Eight。發明了晶體管的Shockley，註定不能製造出晶體管。面對着即將到來的電子信息時代，Shockley黯然離去。他最終加入了斯坦福大學，成爲一名教授。

也許是由於Shockley過於孤獨，也許是由於Shockley過於但願被人再次關注，他發表了一篇可讓他在恥辱架上停留至關長一段時間的論文，黑人的智商低於白種人。這是Shockley的最後絕唱。1989年，Shockley在孤獨中離開這個世界，他的孩子也只是在報紙中得知他的死訊。他啓動了一個時代，卻只是一個匆匆過客。

離開Shockley以後的Traitorous Eight獲得新生，共同建立了仙童半導體公司。這個公司書寫了一段至今仍令整個硅谷炫彩奪目的傳奇。可是仙童半導體公司並無看到硅谷最強盛的一刻。業已故去的Jobs，將仙童半導體公司比喻爲一顆成熟的蒲公英，你一吹它，這種創業精神的種子就隨風四處飄揚了。陪伴着這些種子同時離去的是人才。這些陸續離去的人才擊垮了這家偉大的公司，也創造了硅谷持續的輝煌。

從這時起，叛逆精神在硅谷生根發芽；從這時起，更多的年輕人意識到從車庫裏誕生的創意徹底能夠擊垮貌似不可打敗的巨人；從這時起，在這片土地上能夠誕生任何奇蹟。來自全世界各個角落的資金瘋狂涌入這片長不足32千米的大地。Intel，Apple，Oracle，Sun Microsystem，AMD，Yahoo等一系列公司前後誕生在這裏，組成了上世紀下半葉一道最爲炫麗的風景線。集成電路屹立在這道風景線之上。

1958年，Jack Kilby與Robert Noyce前後發明集成電路，Jack Kilby所以得到了2000年的Nobel物理獎。Robert Noyce於1990年故去，沒有等到頒獎的這一天，可是他僅憑建立了Intel這一件事情，在半導體工業界的地位就幾乎無人可敵。

在集成電路出現以後，更大規模集成電路的到來，通用處理器的橫空出世只是時間問題。1965年Gordon Moore提出在一個集成電路上可容納的晶體管數目，大約每隔24個月(1975年摩爾將24個月更改成18個月)增長一倍，性能提高一倍。摩爾定律指引並激勵着一代又一代的工程師奮勇向前。

1971年，第一個微處理器4004在Intel誕生，隨後是8008，8086，80286。很快微處理器席捲了整個天下。在上世紀八十年代中後期，Motorola 68K，MIPS，x86，SUN SPARC，Zilog Z80，聯手上演了一場至今仍使人難以忘懷的微處理器大戰。

在上世紀九十年代初，x86處理器在微處理器大戰中勝出，中小型機逐步退出歷史舞臺，Intel卻迎來了一場更大的危機。DEC(Digital Equipment Corporation)的Alpha處理器，AIM(Apple IBM Motorola)的PowerPC處理器，MIPS處理器和SUN UltraSPARC處理器組成了有史以來最強大的微處理器聯盟，RISC聯盟。Intel將要迎接來自這個聯盟的挑戰。當時的Intel在面對這個聯盟時沒有任何能夠與之對抗的技術優點。事實上，RISC聯盟的任何一隻力量在處理器上的技術也領先於Intel。

面對這一切，昔日最堅決的盟友Microsoft開始動搖，公開宣稱支持這個RISC聯盟。Intel並無動搖，至少Andy Grove沒有動搖。對於Intel，退路只有萬丈深淵。我喜歡那時那樣的Intel。Andy Grove時代的Intel是一個連說「老子不會」都無比自信的Intel，是「老子除了技術不行，其餘都行」的Intel。那時的Intel，樂子之無知，樂子之無思，樂子之獨行。

幾乎控制了Server市場所有份額的RISC聯盟很快面對了一個幾乎無解Chicken and Egg Question。Wintel聯盟在不斷前行的歷程中，有如黑洞，瘋狂般席捲着天下的應用。在整個PC世界中，幾乎全部應用都已經基於x86這個並不完美的指令集。沒有應用，RISC聯盟沒法進入PC世界去擊敗Intel，RISC聯盟沒法進入PC世界也就沒有應用。面對這個難題，即使是Wintel聯盟中一支的Microsoft亦沒法化解。這是一種自然的力量。

RISC聯盟只能在Server市場中苟存，看着Intel在不斷地發展壯大，進入Server，而後打敗整個RISC聯盟。面對這個由Chicken and Egg Question造成的自然力量，SUN沒有辦法，AIM也沒有。處理器界的一代傳奇DEC第一個倒下。當時的DEC在技術層面是如此強大。在DEC轟然倒塌後並不太長几年的時間內，投靠AMD的工程師前後開發出了K7和K8處理器。這兩顆處理器依然能夠給Intel帶來滅頂之災。

當一切成爲往事，這段歷史依然耐人尋味。在PC領域，到底是先有「Chicken」，仍是先有「Egg」，Intel沒法回答，Microsoft也沒法。幾乎全部Chicken and Egg Question都是如此簡單，均可以用寥寥數語清晰地描述。我不太擔憂去解決那些須要三四天才能說清楚的問題，我總能在這些貌似複雜的過程當中，找到最薄弱或者次薄弱環節，剩餘部分將迎刃而解。世上最難解決的問題恰是用幾句話就可以說明白，有如哥德巴赫猜測，有如費馬大定律。

Chicken和Egg本是一對孿生兄弟，是在同一個時刻內降臨於天地之間。初期並無清晰的Chicken也沒有清晰的Egg。Chicken和Egg是在無數次生物化學反應中水乳交融，屢次反覆後，在某個瞬間天然分解而成。

在Chicken和Egg的不斷進化過程當中，歷經數不清的磨合和相互間的取長補短。Chicken和Egg最終成型後，幾乎沒法化解，或者說須要化解的力量要如此之大沒有人願意去化解。獲勝方將逍遙於Chicken和Egg之間，挑戰者將去面對着Chicken and Egg Dilemma。

Intel憑藉來自PC領域的資金和Chicken and Egg的保護傘，學會了當年「老子不會」的全部知識，屹立於集成電路的浪潮之巔，執着捍衛着摩爾定律的正確，芯片製做工藝從65nm，45nm，32nm，22nm，14nm直到10nm。至今，天下半導體公司的協力在處理器製做技術上也沒法與其抗衡。Intel更加明瞭製做工藝比拼的是金錢。金錢能夠帶來世上的絕大多數，卻帶不來真正的創新，並不爲工藝上的領先歡欣鼓舞。在打敗RISC聯盟以後長達十年的時間裏，Intel所感覺到更多的是來自浪潮之巔的寒意。曾經弱小到不能再弱小的ARM正在給Intel這個巨人制造一道或許難解的Chicken and Egg Question。

以ARM處理器爲中心的半導體聯盟徹底控制了移動終端。在這個比PC領域更加寬廣的舞臺中，現在的Intel沒有任何份額。Intel始終在反擊。x86具備足夠的性能優點，也有顯而易見的劣勢。事實上只要x86處理器還繼續揹着向前兼容(backward-compatibility)的包袱，不管使用什麼樣的工藝，與ARM都不會在同一個起跑線上競爭。

在2012年的CES，Intel展現了基於Atom SoC的Medfield手機，能夠預期Intel在陸續的幾年時間內，將推出幾款功耗更低，性能更高的處理器。這並不意味着x86能夠很容易地進入手持式市場。若是處理器技術能夠決定一切，當年的Intel不可能打敗RISC聯盟。在處理器領域以外，Intel一直在尋找新的盟友。Wintel聯盟已經是同牀異夢。Windows 8將支持ARM平臺，x86也選擇了Android。或許ARM處理器進入PC領域只是時間問題，x86處理器進入手持式領域依然有許多問題須要解決。

Android與ARM的組合漸入佳境，幾乎全部Android的應用都在某種程度上與ARM處理器有着千絲萬縷的聯繫。運行在x86處理器之上的Android系統，幾乎沒有什麼能夠直接使用的應用程序。使用Binary Translation將基於ARM的應用程序移植到x86也許是一個不錯的想法。這個想法並不新，RISC聯盟當年用過這個方法。另一條路艱辛許多，Intel能夠將Android上使用頻率較高的應用程序一個一個地移植到x86平臺，只是這件事情究竟該如何作，由誰去作。Intel能夠投資80億美金去建設22nm工廠，卻沒有足夠的能力和足夠的財力完成這些移植。

應用匱乏將使x86-Based的手持式設備舉步維艱；沒有更多的廠商擁護x86-Based的手持式設備將使應用進一步匱乏。Intel在CES 2012上發佈的手持式終端僅是投石問路，沒有人能夠預料最終結局。值得慶幸的是，或許Intel正在面對着的問題，並非Chicken and Egg Question，這與RISC聯盟曾經面對過的Chicken and Egg Question並不相同。

在手持互聯領域，在這個年代或許依然存在着Chicken and Egg的故事，卻不在傳統的處理器和操做系統之中。也許與不少人估計的並不不一樣，Intel的實質對手並非ARM，Intel即使打敗了ARM也很難破解在移動終端上所須要解決問題。

以應用爲王爲大前提的手持互聯領域中，Intel甚至尚未起步，佔據了移動處理器所有市場份額的ARM也並不算是Winner。在一個ARM SoC中，處理器微架構並無佔據統治地位。在手持式互聯領域，ARM只能算做幕後英雄，真正的弄潮兒是Apple，Google和一些掌控着應用的公司。

ARM更似處理器的掘墓人。由於ARM的存在，處理器設計的門檻再不斷下降。之前沒有處理器設計經驗的Qualcomm和Apple之類的公司能夠順利進軍這個領域。在中國的珠海，一些製做ARM SoC廠商的製做能力與設計速度使人歎爲觀止，這已經使得歐美一些單純製做ARM SoC的傳統處理器廠商幾乎步履維艱。

2012年這個世界將產出大約80億個ARM SoC，遠超過x86處理器的銷售量。只有兩千左右員工的ARM向Intel清晰地傳達了一個事實，單純的處理器設計並不須要動用十萬員工。這並非Intel真正須要面對的難題。Intel所須要打敗的並非ARM。從某種意義上說，Intel與ARM非但不是對手，而是盟友。他們有着相同的稱呼，處理器廠商。在不遠的未來，他們將共同面對即將到來的，針對處理器的挑戰。

這個挑戰首先來自操做系統。操做系統已經完成三次大的革新。最初的處理器並無操做系統，只有一些簡單的批處理和任務排隊功能。在中小型機中，UNIX和VMS操做系統的出現奠基了現代操做系統大的基調。PC的興起極大促進了操做系統的發展，前後出現了CP/M和DOS以磁盤管理爲中心的操做系統。這些操做系統的主要工做是管理基本的硬件信息，併爲用戶提供基礎的字符界面。這些操做系統屬於第一代操做系統。

第二代操做系統引入了圖形界面，鼠標的發明極大下降了人機交互的難度。Apple和Microsoft的努力使得圖形界面的深刻人心。這是一個屬於PC的輝煌時代。在這個時代，Intel和Microsoft在各自的領域並非技術上的領跑者，卻和而凝結出一種令全部對手望而生畏的氣勢。峯之所至，無堅不摧。

前兩代操做系統以管理處理器硬件資源爲核心。咱們正在經歷着第三代操做系統。iOS和Android的興盛，促進了移動互聯網的發展，以應用爲中心的廠商依靠着這一代操做系統日益強大。這一代操做系統引入了Touch和Gesture等一系列輔助功能，但這不是這代操做系統最重要的特徵。與前兩代操做系統不一樣，第三代操做系統的重心再也不是管理處理器系統提供的基礎硬件；這一代操做系統再也不是處理器微架構的衍生品；這一代操做系統是進一步服務於應用，硬件資源管理再也不做爲中心。

第三代操做系統也能夠被稱爲應用操做系統，主體是服務於應用，再也不是硬件資源的管理者。運行在這一代操做系統中的應用程序也在參與着硬件資源的管理，使用者已經不須要了解過多的處理器知識，不須要了解磁盤目錄文件這些細節。七八歲的孩童，七八十歲的老人均可以熟練地操做着這些應用。

這些應用的出現，使得操做系統與處理器之間的緊耦合已經被打破。這個年代將很難出現，Wintel聯盟由於x86與Windows水乳交融所造成的Chicken and Egg Question，也極大下降了ARM處理器進入PC領域，x86處理器進入手持互聯領域的難度。這一代操做系統的出現使得通用處理器與傳統操做系統已漸別這個時代的浪潮之巔。

處理器面臨的第二個挑戰源於自身發展的後繼乏力。通用處理器的誕生是電子信息時代得以爆發式發展的基礎，摩爾定律的持續正確爲處理器的進一步發展插上翅膀。可是摩爾定律並非摩爾真理，總有失效的一天。至今，這一天再也不是離咱們很近，而是已經到來。在Intel的Tick-Tock計劃中，Tock已經愈來愈難引發更多人的關注，重要的是Tick。Tick的持續發展維護着摩爾定律的最後領地，卻已很難改變摩爾定律的最終結局。

在處理器微架構中，流水線的設計已成往事。我很難相信x86指令流水線的執行效率可以明顯超越ARM或者是MIPS，反之亦然。指令流水線性能的提升只剩下工程師在1/2，1/4個節拍中的精益求精，不存在質得飛躍。這使得本世紀初興起了一場多處理器革命，使用更多的處理器提升整個處理器系統的執行速度。這場革命還沒有步入高潮，就已經遭遇瓶頸。

不少人意識到同構多處理器系統很難提升並行度，從而轉向異構多處理器系統，也進一步加大了處理器間總線互聯的壓力。在這樣的系統中，互聯總線的效率也決定了應用程序的執行效率。在多處理器系統中，須要首先解決的問題依然是進一步提升存儲系統的帶寬，並儘量下降存儲系統的延時。返璞歸真，咱們須要解決的問題依然在存儲器子系統中。

在Intel每一次的Tock中，重大的技術革新集中於存儲器子系統，引入告終構更加複雜，容量更加龐大的Cache Memory。Cache Memory系統不能提升運算類指令的執行效率，只是在以存儲器爲中心的處理器體系結構中，Cache Memory的效率決定了一個程序最終的執行效率。從體系結構層面上看，Cache Memory的設計方法已經趨於穩定，在整個科技界，即使在理論界，我也看不到哪怕是所謂的革新。

Intel在Cache Memory的領先源於工藝。製做工藝的領先使Intel能夠在Cache Memory系統上花費更多資源。只要Intel的競爭對手沒有在製做工藝上迎頭遇上，就沒有可能在Cache Memory子系統領域中更勝一籌，就沒有可能在存儲器子系統的設計中超過Intel。依靠着在Cache Memory中的優點，Intel屹立處理器領域之巔，全部競爭對手可望不可即。在存儲器子系統中大獲全勝的Intel，贏得了Server，並無贏得天下。

在比Server領域更加寬廣的手持式領域中，所比拼的並非存儲器子系統，芸芸衆生使用電子設備的主要目的不是用來算題或是爲他人提供服務。即使僅考慮Server領域，Intel也正在面臨着更多的挑戰。存儲器的瓶頸與功耗嚴重阻礙了處理器系統的進一步發展。存儲器瓶頸的愈發嚴重，使得Server處理器須要更加龐大，更加複雜的Cache Memory系統與之匹配。使用這樣的Cache Memory將使處理器系統的功耗持續上升。

存儲器瓶頸與功耗已經成爲Server處理器進一步發展的障礙。由於存儲器瓶頸而加強存儲器子系統，由於存儲器子系統的加強，而進一步提升了功耗。從這種因果關係能夠發現，彷佛只要解決了存儲器瓶頸問題其他問題便迎刃而解。

這個問題卻很難解決，甚至能夠說在以存儲器爲中心的馮諾依曼體系(Von Neumann Architecture)中，這個問題幾乎無解。咱們在試圖解決這個問題，並在試圖取得在某種意義上突破性的進展以前，須要從新討論這個問題源自何方。

1945年6月30日，John von Neumann正式發表「First Draft of a Report on the EDVAC」，簡稱爲First Draft，這個設計草稿令整個科學界歡欣鼓舞，第二年John von Neumann，Arthur Walter Burks與Herman Heine Goldstine一道進一步完善了First Draft，發表了另外一篇題爲「Preliminary discussion of the logical design of an electronic computing instrument」的論文。這兩篇文章所闡述的內容被後人稱爲馮諾依曼體系。

在此以前，世上並無處理器，只有一些能夠執行固定任務的計算器，有進行簡單加減乘除的計算器，求解微積分的計算器，求解倒數的計算器。在這個前馮諾依曼體系年代，科學家們爲了進行新的科學計算，須要設計一款新型的定製計算器，須要從新搭建電子設備。馮諾依曼體系改變了這一切，創建了計算機體系結構中最重要的組成原理，影響至今。馮諾依曼體系第一次引入了Store-Program計算理論，肯定了一個計算機的五大組成部分，包括Arithmetic Logic Unit，Processor Registers，Control Unit(包括IR和PC)，用於存儲指令和數據的Memory和輸入輸出設備。

在這種體系中，計算機將按照程序規定的順序，將指令從存儲器中取出並逐條執行。在程序和數據中使用二進制表示方法，當一個計算課題發生變化後，只須要更改Memory中的程序，而不須要從新設計一款新的計算器。

馮諾依曼體系極大化解了此前在計算器設計中的冗餘，能夠將世上的絕大多數應用規約於一個統一模型，奠基了現代計算機體系結構的基礎。計算機的歷史揭開了新的一頁。這套體系誕生至今，在計算機體系結構中始終佔據着主導地位。在計算機體系結構持續發展的幾十年時間以來，沒有任何理論能將其顛覆，更多的只是在馮諾依曼體系之上的修修補補。

大規模集成電路的出現爲馮諾依曼體系插上翅膀。基於這個體系的通用處理器最終成爲可能。Intel與其餘處理器廠商一道上演了通用處理器的傳奇。摩爾定律的持續正確使得處理器迅猛發展，處理器變得愈發強大，愈發廉價。通用處理器席捲了天下應用。通用處理器的大規模推廣與普及也奠基了當今電子信息領域的基礎。

Von Neumann Architecture並不完美，在這種以存儲器爲中心的體系結構中，存儲器必然成爲瓶頸，這一瓶頸也被稱爲Von Neumann瓶頸。這一瓶頸伴隨着馮諾依曼體系的出現而出現，目前尚無有效的方法消除。Cache Memory的出現極大緩解了Von Neumann瓶頸，隨後出現的Modified Harvard Architecture，Branch Predictor和NUMA體系結構進一步緩解了這個瓶頸。可是這種量的積累並無引起質變。馮諾依曼體系並無所以昇華，直到今日存儲器瓶頸依然存在，並且愈演愈烈。

在今天的Server領域，幾乎全部應用都有一個相同的運行軌跡。I/O設備首先將數據發送到存儲器子系統，處理器對數據進行處理後再交還於存儲器子系統，I/O設備再從存儲器子系統中獲取數據，以後再作進一步的處理。在這種模型中，每進行一次運算，須要屢次訪問存儲器子系統。存儲器子系統必然成爲瓶頸，使用再多的處理器也不能解決這些問題。

首先是做爲數學家與物理學家的John von Neumann，從事計算機科學的出發點，是進行科學計算，他沒有預料到二十一世紀的今天，有這樣不學無術的一羣人在這樣地使用計算機。在咱們所處的這個時代，通用處理器的主要功能早已不是在進行風花雪月的數學計算。

通用處理器在一路前行的道路上，席捲天下，應用邊界在不斷的擴張。咱們可使用處理器進行文字數據，數據挖掘，上網聊天，打遊戲。在今天使用處理器的人羣中，用其進行科學運算的屈指可數。爲了專門算題買臺PC或者Server的人，我一個也沒有見過。

今天的處理器如此科技，如此廉價，已被視做電子信息領域高科技的象徵。這致使天下人對通用處理器的盲從，致使了通用處理器可以更加順利地席捲着天下應用。衆多應用的疊加，使得處理器遭遇了史無前例的存儲器瓶頸問題。能夠預見，只要通用處理器繼續吸納着更多的應用，存儲器瓶頸只能更加嚴重，功耗將持續上升。

問題是咱們爲何要用通用處理器解決全部問題。通用處理器能夠解決不少問題，但在這個世界上，許多問題的解決根本不須要使用通用處理器。馮諾依曼體系的提出是針對當時電子設備高度定製化所產生的浪費，至今已時過境遷。在馮諾依曼體系之下，即使是即使是驗證i加j確實等於2的問題，也須要將程序與數據輸入處處理器，須要各類算術邏輯，數據傳送單元的共同參與，通過了諸多操做後，得到最終結果。

若是僅是爲了驗證i加j確實等於2的問題，假若使用定製邏輯，只須要使用一個加法器和一個比較器，並不須要通用處理器。可是在摩爾定律持續正確的年代，處理器持續着廉價。在多數應用場景中，使用通用處理器依然最爲有效。即使是一些扭曲身形去迎合通用處理器的應用，也由於通用處理器的飛速進展，得到了事實上的最優。在摩爾定律持續正確的年代，絕大多數採用定製邏輯而違背馮諾依曼體系的處理機制沒有得到成功。

順勢而爲是取得必定程度的成功的保障。在許多狀況之下，即使你明知99%以上的人選擇了一條彎路，依然須要這種順勢而爲。由於這99%的協力就算是在走一條事實上的彎路，也遠快過獨自一人走真正的捷徑，也更容易到達終點。

時過境遷，種種跡象代表摩爾定律再也不正確。這意味着在面積大小必定的Die中將沒法容納更多的晶體管。使用通用處理器，不管是同構或者異構模型，在解決某類應用時，已經再也不是最優方案，甚至不是次優方案。

通用處理器在一路前行的道路，是與存儲器瓶頸不斷鬥爭的歷史。從馮諾依曼體系誕生至今，通用處理器所面臨的主要問題依然是存儲器的延時與帶寬。在一個通用處理器中，存儲器子系統佔據了絕大多數資源。在一個通用處理器中，若是去除L1，L2等諸多層次的Cache子系統，去除指令流水線中爲了減輕存儲器瓶頸的各類預測機制和MMU後，所剩無幾。現在的通用處理器更是將主要的資源放在道路建設上，並無專一於應用問題的解決。

這種並不專一同時也意味着巨大的浪費，與John von Neumann的初衷再也不吻合。John von Neumann所設計的體系是基於當時的認知，爲了不定製邏輯所形成的浪費。至今通用處理器自己已經成爲最大的定製邏輯，在這個定製邏輯中，所關注的主要問題是如何修路，不少狀況下是爲了修路而修路，以容納更多的應用，即使有不少應用根本不須要這條路，也不須要依照馮諾依曼體系的要求去執行。

在這種趨勢下，存儲器瓶頸將持續存在，持續惡化。咱們正在經歷着一個以應用爲中心的時代。不一樣的應用對處理器系統有着不一樣的需求。這使得定製化與差別化重回議程。在一個通用處理器中，正在容納更多的定製邏輯，正在容納更多的加速模塊。這些變化使得所謂的通用處理器並再也不是絕對意義上的通用。

ARM這個比Intel弱小得多的企業，依靠着並不領先的技術取得現在的成就，我認爲最主要的緣由是ARM爲其餘廠商的差別化與定製化提供了便利條件。電子信息領域經歷了Mainframe Era，PC Era，Internet Era，而至Mobile Era時代。在這個名爲Mobile的Era中， ARM身後隱藏的定製化與差別化已經成爲Mobile的時代主題。

做爲公司的ARM距離Intel還有至關長的一段距離，可是做爲一個行業的ARM已經取得事實上的領先。從這個角度上說，不是ARM在手持互聯領域中暫時領先與Intel，而是在Mobile Era的時代，定製化與差別化在與通用化的較量中得到了先機。

對定製化與差別化的最大挑戰是IC設計領域中客觀須要的規模效應。定製化與差別化的思路與此背道而馳。Intel使用單一產品覆蓋絕大多數的應用，產生了規模效應，實現了利潤最大化，Gross Margin超過60%。採用ARM的定製化與差別化方案的任何公司都沒法得到這樣的Gross Margin。在Mobile Era中，手持處理器廠商呈百花齊放格局；在Mobile Era中，各式應用的不一樣要求使得相關的處理器進一步差別化。

單個廠商得到60%以上的Gross Margin正在成爲過去。Intel維持高額的Gross Margin主要依靠的是Mobile Era的Server領域。Intel的Mainframe處理器首先是針對Server的一種定製化，以後將這種設計簡化到PC領域，以得到最大的規模化效應。Intel從Nehalem開始的Tock過程，事實上是一個針對Server的定製過程。今天的Intel已經不是憑藉着PC的佔有率去攻佔Server，而是憑藉着Mobile Era對Server的需求，維護着在PC領域中的地位。

在手持式領域，Intel的Medfield僅是一次嘗試，並不會給ARM的Cortex系列處理器帶來質的挑戰。整個業界窒息般等待着的是Intel在Atom處理器中的Tock-Tick，Silvermont和Airmont。Tick-Tock計劃在Atom處理器中的引入轉達着Intel對在手持式領域中，所遭受的一個接着一個失敗的憤怒。認真起來的Intel在處理器領域依然無敵，從純技術的角度上看，若是Intel的競爭對手在芯片的製做工藝上沒有出現大的突破，那麼Intel出現功耗性能比超越世上任何一個ARM SoC處理器只是時間問題。ARM陣營將對此沒有任何辦法。

只是決定一個手持式處理器最終成敗的並不是是處理器微架構的性能功耗比，購買手持式產品的最終用戶有幾人可以理解處理器微架構。處理器微架構以外的音視頻效果，互聯網體驗，設備提供商是否足夠的Fashionable更可以吸引他們的眼球。

在手持互聯領域中，處理器進一步的定製化已經成爲事實。在手持式處理器中，已經含有各種音視頻加速引擎。在一些基於Web的應用中，正在使用一些專用加速引擎去解析HTML，去解析Javascript。在這個領域中，通用處理器正在爲定製化預留空間，在將來的幾年內，將會出現更多的加速引擎，進一步減輕處理器的負擔。

若是Intel將芯片製做工藝上的優點僅僅轉化爲處理器的性能功耗比，依然以處理器微架構爲中心，所取得的成就將十分有限。我更期待在將來的幾年內，Intel可以將工藝領先而得到的額外資源用於定製與差別化邏輯，淡化處理器微架構在系統中的位置，進而爲定製化和差別化提供空間。若僅在技術層面考慮，這將是其餘處理器廠商的噩夢。

問題是如何爲手持式領域進行定製化與差別化。在手持互聯領域中存在兩類公司，一類是Apple與Samsung，另外一類是山寨。我不得不認可，這些生產手持設備的廠商合在一塊兒也不如Intel更懂硅芯片的製造，可是幾乎任何一家都比Intel更加理解芸芸衆生爲何要買一個手持產品，也更加理解如何針對這些產品進行深度的定製化與差別化。

定製化與差別化也同時決定着，即使Intel可以在技術層面上徹底領先也沒法取得其在PC領域中的地位，也所以沒法得到足夠高的Gross Margin。這些現狀將會使Intel這個具備十萬員工的公司，在沒有一個Andy Grove般強勢有力的領袖時，很難在內部造成有效的協力。Intel在手持互聯處理器中的艱難在很大程度上是顓臾之憂。

在技術層面以外，第一類手持設備廠商Apple與Samsung在爲最終用戶提供各種產品的同時，還生產用於手持式設備的處理器。在這個手持處理器這個領域，Intel要與這些既是運動員又是裁判員的第一類廠商競爭，並不公平。這些內外之擾，決定了Intel即使在三年後製做出在技術層面超過Qualcomm的處理器，也並無絲毫辦法把握可以主導這個市場。

在手持式領域中，也許依然存在着Chicken或者Egg，可是單純的處理器或者操做系統將再也不是Chicken也再也不是Egg。在Server，或者是其餘Embedded領域，大量出現的定製與差別化邏輯已經使得處理器微架構在一個系統中逐步偏離設計中心。

這些定製化與差別化的大規模出現，是由於許多人已經意識到有些應用並不適合處理器去解決，摩爾定律的事實結束使得通用處理器的效率沒法繼續得到線性加速比。不少人意識到咱們彷佛從新回到前馮諾依曼體系時代，那個只有差別與定製的時代。

這些變化並不意味着處理器會消亡，只是處理器不會在繼續通用化的道路上順利向前，並不會做爲絕對的中心。將有更多的應用將按照本身的特色使用定製邏輯，再也不是交由處理器。這將進一步化解存儲器的瓶頸，進一步的下降功耗。這些變化將使咱們迎來一個新的時代，一個屬於定製化與差別化的時代。

從技術的角度上看，定製化與差別化是消減存儲器瓶頸的有效手段。在Server或者是其餘領域，若是一個應用的90%以上工做能夠交予定製邏輯，剩餘的10%再交予處理器，以目前的半導體技術，存儲器將再也不是瓶頸，處理器系統的功耗也將隨之下降。

但我認爲這並非定製化的主要方向，定製化邏輯並不必定要隸屬於處理器。在將來，定製邏輯之間，帶有智能功能的外部設備間能夠直接交互信息而沒必要經過處理器。在這些智能設備中能夠含有馮諾依曼體系的處理器，也能夠沒有。

在數據中心的應用中，若是智能網卡能夠經過與智能盤卡之間的直接交互，而不是所有經過通用處理器，咱們將能夠再也不使用機器人去維護這樣的系統，也不須要使用專門的電力通路。這種設備的運行有如人體，肢體器官間存在着更多的下意識行爲和更加天然的操做，沒必要所有由大腦指揮。

我沒有理論與數據驗證這一結論，只是自覺告訴我這種智能設備將很快出現，將有更多的應用遠離通用處理器系統。在能夠預見的未來，各種定製化與差別化應用將繼續着劈波斬浪。這是一個年輕人能夠持續着向廣袤神祕的未知領域挑戰，是一個能夠持續着帶來新但願的大應用時代。在摩爾定律即將且正在結束的時代，定製化與差別化的時代窗口將再次開啓。只是這一次，咱們不知道什麼時候還能再有馮諾依曼。