現代計算機架構先驅獲計算機界的諾獎——圖靈獎！

最新 03-24

3月21日，美國計算機協會（ACM）公布加州大學伯克利分校榮休教授David Patterson和斯坦福大學前校長John Hennessy為2017年 ACM 圖靈獎獲得者，以表彰他們在計算機體系結構的設計和評估方面開創一套系統、量化的方法，並對微處理器行業產生深遠的影響。

John Hennessy（左）和 David Patterson（右）約於1991年出版了關於計算機體系結構的開創性著作。| 圖片來源：Shane Harvey

1980年，加州大學伯克利分校的一位計算機科學教授 Dave Patterson 在研究全球數字機器未來的同時看到了它們的極限。

那年10月，Patterson 將他的這一發現發表在了一篇學術論文中[1]，正是這篇論文開創了一個全新的計算機指令集-RISC（精簡指令集）。他認為處於這些機器核心的晶元處理器正在逐年變得愈加複雜；但如果使用更簡單的晶元，這些機器反而可以變得更強大。

當時，在 Patterson 教授與40英里之外的另一位來自斯坦福大學的計算機科學家 John Hennessy 的推動下，這一違反常規的想法很快傳遍了矽谷，並使人們在由因特爾公司主推而變得日益複雜的 CISC 架構（複雜指令集）中找到了新的出路。

David Patterson（左）和 John Hennessy（右）因發明 RISC處理器而榮獲2017年ACM圖靈獎。現在他們正研發專用於加速人工智慧的晶元（中）。| 圖片來源：University of California / Google / Stanford University

周三，美國計算機協會（ACM）宣布 Patterson 與 Hennessy 為 2017 年度的圖靈獎得主。圖靈獎常被認作為「計算機界的諾貝爾獎」，以英國數學家和計算機科學先驅艾倫·圖靈（Alan Turing）命名，他們二人將共享100萬美元的圖靈獎獎金。

今年該獎項或許會帶來更多的共鳴，因為晶元行業正邁向 Patterson 和 Hennessy 當初設想的未來。在宣布圖靈獎的ACM官方新聞稿中，微軟公司的首席創始人比爾·蓋茨（Bill Gates）對 Patterson 和 Hennessy的貢獻盛讚「已被證明是整個行業蓬勃發展的基石。」

據 ACM 稱，在現如今年產量為160億個的微處理器中，有超過99％的新晶元都在使用 RISC 架構。幾乎所有的智能手機、平板電腦和數十億台構成物聯網的設備中，都能發現它們的身影。

Patterson 和 Hennessy 之所以感興趣於這些更簡單的晶元，原因在於他們有著更快的運行速度，和更低的功耗。這既減輕了晶元設計師的負擔，也讓計算機領域得以更快速地發展。在20世紀80年代，產自兩家矽谷初創公司 Sun Microsystems 和 MIPS Technologies 所出產的 RISC 晶元，成為支撐大型企業運營的計算機工作站和伺服器的標準。

MIPS Technologies 是 Hennessy 在1984年利用休假年創立的公司，用以將他研發出的技術商業化。被 Sun Microsystems 商業化的 SPARC 結構晶元最早就源自於 Patterson 在伯克利的研究團隊的研究成果。1982年，該團隊創建並展示了 RISC-I 處理器：有著 44000 個晶體管的 RISC-I 原型，性能遠優於有著10萬個晶體管的傳統複雜指令集CISC設計。基於此，Sun Microsystem量產的處理器在九十年代中期佔領了整個領域的主導地位。

雖然在之後英特爾 Intel 公司大量人力物力的投入下，RISC架構在處理器性能方面普遍略遜一籌，隨著計算機概念在智能手機、平板電腦和其他小型電子設備上的擴展，功耗與空間都變得尤為重要。越來越多的晶元開始使用一家英國公司 ARM 的設計，這家公司的全稱意為進階精簡指令集機器（Advanced RISC Machine）。

1989年，Patterson 和 Hennessy 共同撰寫了《計算機體系結構：量化研究方法》一書，它也成為了晶元設計的標準教材，並被譽為是體系結構領域的「聖經」。這本書現已出到第六版，書中 Hennessy 和 Patterson 鼓勵架構師仔細優化他們的系統，以支持不同的內存和計算成本。後來，即使是 Intel 也朝 RISC 的理念邁進了一步，雖然它的晶元仍延續使用 CISC 架構與計算機軟體進行交互，但其內部的一些設計已經開始偏向 RISC 架構的特性。

值得一提的是，雖然 Intel 晶元仍然推動著為互聯網提供動力的數據中心，但隨著這些晶元接近它們的物理極限，谷歌（Google）、臉書（Facebook）和亞馬遜（Amazon）等互聯網巨頭也將把重心逐漸轉移到各種更簡單的處理器上，使這些功耗要低得多的處理器引發晶元設計的又一輪復興。

Google 研發的專為人工智慧應用設計的新晶元。| 圖片來源：Google

Patterson 和 Hennessy 就是這場改革的核心。在擔任斯坦福大學校長16年之後，被稱為「矽谷教父」的 Hennessy 出任 Google 母公司 Alphabet 的董事會成員。而 Patterson 在1976年到2016年於加州大學伯克利分校任職計算機科學教授之後，現在作為Google 的一位傑出的工程師，出任研究實驗室研究院教授，並致力於用於人工智慧的低功耗晶元設計。憑藉這次的得獎，Patterson 將成為第一位包攬 ACM 其他三個著名獎項的圖靈獎得主。

隨著時間的推移，在 RISC-V 基金會發布的「任何人都能免費使用的晶元架構」的幫助下，世界將得以用更加傾向於採用 RISC 方式運作。作為 RISC-V 基金會的創始人之一，Patterson 說：「任何人都能創造原型，這是一個新的黃金時代。」

編譯：二宗主

審校：孫鵬

*參考閱讀

https://www.cs.utexas.edu/users/fussell/courses/cs352h/papers/risc.pdf

https://amturing.acm.org

https://www.nytimes.com/2018/03/21/technology/computer-chips-turing-award.html?smid=tw-share

http://news.berkeley.edu/2018/03/21/david-patterson-pioneer-of-modern-computer-architecture-receives-turing-award/

_____________

內容經授權轉載自【原理】公眾號

如需轉載，請聯繫原作者

GIF