圖靈獎新得主聚首Alphabet，新生態王朝即將開啟

圖靈獎是計算機協會 (ACM) 於 1966 年設立的獎項，專門獎勵對計算機產業有長久、持續性傑出貢獻的人物，而其評獎領域包含了計算機應用架構、編程語言，以及關鍵演算法等。一般而言每年只會選出一名得獎者，除了個別研究領域的差異外，評獎的技術類型每年也都或多或少會有不同之處，因此同一年同樣領域同時有兩名得獎者的案例並不多。

由於評獎的規則和要求極為嚴苛，自設立以來能得獎者寥寥可數，計算機產業把能得此獎當作是至高無上的榮耀，甚至被譽為「計算機界的諾貝爾獎」。

圖靈獎 2017 同時頒發給前斯坦福大學校長 John L. Hennessy 與加州大學伯克利分校退休教授 David A. Patterson，而兩人目前分別擔任 Alphabet 的 董事長，以及 Google 的研究員。兩人得獎的理由是發明了改變世界的低功耗精簡指令集計算機 (RISC) 處理器，二者得獎的理由雖然相同，但其研究領域來看，一個是真正的 RISC 發明者，另一位則是基於 RISC 架構的二次研發，推同樣推動 RISC 技術的發展，但本質上有著相當程度的差異。

RISC架構發明者

先從 David A. Patterson 談起，大名鼎鼎的 RISC 架構其實就是他發明的，也就是說，他就是目前所有包含 SPARC、DEC、ARM 以及 MIPS 等高性能或低功耗 RISC 處理器的始祖，目前全世界最主流的智能計算終端，也就是智能手機產品中採用的 ARM 架構，基本上就是 RISC 架構的一種分支。若合計所有計算領域中的各類型 RISC 處理器，其佔全球年出貨量 160 幾億顆處理器中達超過 99% 的比重。

圖丨David A. Patterson

RISC 的概念就是只保留處理器中最常用的指令集，並從晶元設計上捨棄其他不常用的指令集，藉以提高整個系統晶元的集成度以及反應速度，因此也被稱為精簡指令集處理器，而相對於精簡指令集處理器的就是 CISC 複雜指令集處理器，後者最常見的就是來自英特爾與 AMD 的 X86 處理器。

一般而言，複雜指令集處理器通常包含了 300 到 500 個指令集，而精簡指令集約只會使用大約三分之一的指令集數量。複雜指令集的特色是指令數目多，且一個指令通常包含了儘可能多的操作集合，這使得每個指令所需的執行時鐘數也都不同，因此非常難以優化。

而精簡指令集不止在指令數目大幅精簡，並且將所有指令規格化，所有的指令都必須在相同的時鐘數完成操作流程，且因為九成以上的指令都是採用硬體執行，因此優化難度低，執行效率高。不過 RISC 並非沒有缺點，其需要內建的寄存器數量要明顯多於 CISC 架構，而且編程代碼量也會比 CISC 架構多上不少，對內存系統負荷較大。

但無論如何，通過對整體管線、匯流排與存儲設計的針對性優化，RISC 架構不僅在高性能計算平台上重新嶄露頭角，並幾乎壟斷全部的低功耗應用，X86 體系則是在搭配超純量、龐大匯流排傳輸能量下，在超算、數據中心與 PC 應用中獨霸一方，不過其低功耗平台因成本難以下降，無法與 RISC 架構競爭。

David A. Patterson 發明 RISC 架構之後，並沒有止步於此，他更代表 Google 參與 RISC-V 基金會並成為董事會成員，目標是使自由開放的 RISC-V 指令集架構能像開放操作系統 Linux 一樣受到市場歡迎。

在此必須要特別提一下 RISC-V，此架構是 SiFive 的聯合創始人和首席架構師 Krste Asanovic 所發明，而 RISC-V 的基金會則是由 Google, Microsoft, Qualcomm, AMD 和華為等超過六十個會員組成，他們共同推進架構的發展。包括聯發科以及 NVIDIA 都打算利用此架構推出自己的方案，用以取代 IP 與設計製造成本日漸昂貴，且因壟斷而顯得霸道的 ARM 架構。

MIPS的發明者

而現任 Alphabet 董事長 John L. Hennessy，則是與 Skip Stritter 和 John Moussouris 博士共同創立了 MIPS 計算機系統公司，他也是最初的 MIPS 架構的設計者之一。

圖丨John L. Hennessy

MIPS 架構是基於 RISC 的衍生架構之一，過去曾有一段不短的時間，與 ARM、X86 架構在各領域擁有相提並論的地位。作為 RISC 架構最成功的實踐者之一，MIPS 在一些細節上採用了與原始 RISC 架構不同的概念，比如說 MIPS 架構極度簡化流水線的設計，在寄存器的設計與使用上則是採用添加大量寄存器的方式，並通過編譯程序的優化來善用這些寄存器，使其發揮最佳效能。原始 RISC 架構則是通過寄存器窗口的概念，將不同寄存器分割成不同區塊，編譯程序只能將寄存器用於全局或局部的不同規模變數中，在變數的數量有限的狀況下，其效率可達到非常高，但寄存器窗口本身相當消耗計算資源。

作為最初 RISC 架構的最佳改造者，MIPS 架構並廣泛應用在遊戲機、網路通信產品以及各種嵌入式設備中，過去也曾當作高效能計算架構使用到超算平台上。只不過後來 MIPS 經營不善，在架構改朝換代緩慢，且未能配合主流操作系統與設備生態優化潮流，最終被市場拋棄，而被英國 Imagination 公司收購，但 Imagination 未能扭轉 MIPS 的命運，最終又轉賣給 Tallwood MIPS Inc（矽谷創投公司 Tallwood 間接持有的公司），從美國公司變成英國公司，最終又回到美國手上，但相關專利早就已經被 ARM 瓜分殆盡。

作為MIPS的設計者之一，有不少獨創的CPU架構設計很多是出自 John L. Hennessy之手，雖然 MIPS 的榮光不再，但其相關專利的重要性與在歷史上的地位不容抹滅，也因此 John L. Hennessy 與 David A. Patterson 共同獲得 2017 年圖靈獎。

兩大圖靈獎得主皆為Alphabet集團重要成員，未來自研架構腳步將加快？

2016 年 David A. Patterson 加入 Google 後，不僅擔任其研究院要職，亦代表 Google 參與 RISC-V 基金會擔任董事，而 John L. Hennessy 曾參與設計 MIPS 架構，對架構有著極為深厚的功力與知識，更直接接任集團執行長的任務，兩個人的結合會帶出怎樣的火花？

我們已經看到過去幾年 Alphabet 對開發其自有計算架構抱著濃厚的興趣，事實上，他們已經推出了兩代 TPU 計算晶元產品，也在其智能手機產品 Pixel XL 2 中導入 Pixel Visual Core 圖像計算加速晶元。

加上其在 RISC-V 的投入，其自有計算架構從 CPU、TPU 到 NPU，布局已經相當完整。由於 X86 和 ARM 都已經過度缺乏競爭對手，使得相關架構的進步腳步有明顯放緩的狀況，David A. Patterson 與 John L. Hennessy 的合作是否代表 Alphabet 想要擺脫這兩大架構的束縛，未來將走出自己的路？

DT 君認為可能性相當大，Alphabet 從操作系統平台、手機、家用智能產品、汽車等不同領域的消費性終端都有極為深刻的布局，生態也非常完整，如果再補上處理器這個缺口，Alphabet 將繼蘋果之後成為另一個完整的生態霸主，且內核不會受制於既有的市場壟斷者，可更深度針對自有生態進行優化，或可藉此在消費市場壓制蘋果的氣焰，並擺脫伺服器系統對 X86 與 GPU 的依賴。

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