讲点芯片科普,从FPGA到核平往事

健康   2024-06-19 14:30   云南  

FPGA的全称是 Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列。有点不大好理解,尽量通俗地解释一下。


关于门阵列,其实就是一大堆晶体管,可以存放数据,进行运算,把一堆翻译成阵列,显得高端点。
接着说关于可编程---普通人都知道编程就是和CPU打交道,有什么稀奇的?其实确切地说,我们不能对CPU编写程序,CPU做的是运行程序就是码农将程序指令存放在存储器,CPU将指令逐条取到自己的寄存器里,然后运行。执行的指令千奇百怪,而CPU的功能是没有变化的。


现场编程门阵列就不一样了。打个通俗点的比方,这堆晶体管本来是负责打电话的,工程师来个“现场编程”,它们就可以播放音乐了。。。所谓现场,就是强调芯片本身不需要任何改变,一个码农过去捣鼓一番,都不用把它拆下来,这块芯片就变身了---所以,FPGA的花名也叫“万能芯片”。


当然这只是通俗解释。总之FPGA,就经常用在功能比较单一,而对响应速度要求很高的场合了。比如说通讯,大家家里都有WIFI路由器吧。老妈在看视频,娃娃在玩游戏,那家里的路由器就负责把数据分配到不同的设备里去,这些都是通过指令来调度的。通讯对响应速度的要求很高,而一个WIFI路由器用块麒麟芯片又很浪费,那来个FPGA芯片,就又可以满足响应速度,又可以灵活配置,还比较便宜。


这一番道理,用到5G基站上,是一样的。所以前段时间华为被芯片禁运,手机芯片我看其实还是次要的---如果5G基站不能搞了,才是真正恼火的事。


再远一点,这类功能相对单一,而对响应速度要求很高的芯片,很容易想到的就又是航天,军工。
目前世界上FPGA芯片的最大供货商是美国的赛灵思和超威半导体(说成AMD可能知道的人更多),而赛灵思又已经被AMD收购。总之以目前这个中美关系,我们总不见得和AMD说,卖个几万片给我,我的东风上要配一些,挺急的,在线等。


350亿晶体管,赛灵思的FPGA芯片。

所以在复旦微电的产品里,就能看到

这个,在国内,大概能坐前两把交椅,第一把据说是紫光国微的。

现在说些八卦,其实看看芯片的历史,就会发现,美国最早的芯片产业,就是靠军工订单支棱起来的。而大发展,靠的则是“军转民”,多说一句,“军转民”这几个字,可是写进党章里面的。

那话说回来,靠军工的支持,美国把芯片搞起来了,当时的苏联为啥不行呢,毕竟也是第一个把人类送进太空的科技大国啊。

苏联当初的晶体管工艺并不差,和美国人差不多同时搞出了晶体管收音机。但是领导人始终沉浸在要发生第三次世界核大战的氛围里用情太深,不能自拔。然后,在实验中发现晶体管遇到核爆产生的巨幅电磁辐射会变成渣渣,而电子管抗造的能力就很强,于是拍板,为了国家安全,还是得搞电子管优先。

其实苏联一直到70年代,还是可以和美国掰掰手腕的(甚至可以说处于攻势),有研究认为,苏联的全面落后,就是在半导体政策上犯了路线错误---直接错过了信息革命。

后面和芯片无关了,出于对苏联人的理解,来一些前苏联的暴力(爆力)美学吧。

比如说现在说要核平谁,那肯定是恐吓,而苏联可是正儿八经有过一个核平计划的---和平利用核能。

然后造核弹有点上头,一不留神发现整太多了,都供在那花费也太多。总之想办法利用一下---有记载的核平实践好像一共进行了120多次。

60年代,苏联正在农业上撸起袖子大干快上---赫鲁晓夫就特别热衷于种土豆。但搞农业,水利是一个巨大问题。1965年1月,在哈萨克斯坦某州地下178米处,引爆了一个14万吨TNT当量的氢弹(四个小男孩),炸出一个深达百米的大坑(我们老说挖坑挖坑,其实炸坑才最高端),立刻就搞出了一个人工水库。由于这枚核弹当量小(日本人表示不同意),加上是地下引爆,所以造成的核污染相对较小,很快就下降到对人体无害的水平。

为了打消顾虑,苏联原子能部长斯拉夫斯基还自己跳进水库游泳---这和当年的某个高铁部长经常自己坐驾驶室有得一拼。反正他于1991年11月28日,以93岁高龄逝世---苏联在他病逝一个多月后解体,老爷子去得早可能也好受一点。

这里稍稍解释一句,核辐射为什么会很快减少?主要原因在是氢弹里,只有引发聚变反应的扳机是一枚小型原子弹(核辐射强),主要的氘、氚热核反应,产物是氦原子,不会释放辐射。

下图就是当年炸出来的水库。
塞米巴拉金斯克(Semipalatinsk)的恰刚人工湖(Lake Chagan)

写了《三体》的刘慈欣应该也是个核弹的狂热爱好者---并且他书里好像只提过一首歌,那时候已经是22世纪了吧,大家还在听前苏联的《山楂树》。


什么面壁人要用核弹把水星炸到太阳上去啰,罗辑计划用核弹炸出油膜云来向宇宙发送信息什么的啰。最搞笑的是程心,和三体世界谈事的时候,有可能密谋败露需要自我了断,大家就告诉她,给你备了一枚1000吨级的微型氢弹。。你说这个和一颗氰化钾,几十公斤TNT的效果是不是一模一样?那不行,大刘是真喜欢程心,来发氢弹才是爱。

而核弹首次出场是在阶梯计划里,在航路上依次引爆这些爱物来推动太阳帆,后来发现这个创意大毛也是有的。


就是里海是个内陆海,水位一直在下降,然后就有人研究,让那些流入北冰洋的大河倒流,改流进里海如何?颇像老前辈牟其中说的,在喜马拉雅山炸开个口子,印度洋的暖湿气流就可以直达青藏高原,造就无数个西藏江南。。。


这个当然又要核弹上场了,说干就干,1971年3月,代号“泰加林”的核试验,三颗相当于“小男孩“的氢弹在森林里引爆,炸出了长700米的巨大深坑---总之再来个几百颗,这事就算成了。后来,可能感觉用几百颗核弹让大河倒流,有点太上帝工程骇人听闻,最后被戈尔巴乔夫叫停了。


他们还曾经在地下引爆小型氢弹,用来扑灭乌克兰油井大火,引爆后半分钟,烧了三年的大火就灭了,立竿见影。还没完,有的在作废的矿坑地下引爆,则是利用其超高温高压,将周边岩层陶瓷化,炸出了好几个密封性极好、体量巨大的地下存储库,用来解决存放核废料的难题---真正的以武止戈,以核制核。


然后福岛核泄漏大家还记得吧,就有俄罗斯专家(不是苏联了,写到这有点伤感)兴头头地说这题我会啊,给你埋发氢弹炸一炸,彻底让核电站灰飞烟灭,同时周边地层陶瓷化,永久封闭(我觉得以后要核平谁就改说陶瓷化谁吧,听起来比核平高级),真正的一劳永逸。


你说你和谁提不好,和日本提核弹。总之这个方案理所当然地被婉拒了,搞到现在还在排核废水。


本来是研究芯片的,最后想起来一大堆大毛往事,但看看应该也挺好看的,所以就这样吧。大毛就别搞芯片了,以后可以用石油天然气和我们换,自己续写核平往事也挺好,反正自家地方也够大---不过给别国做方案还是要慎重,尤其是日本。


最后来两个故事,算向大毛致敬?致敬好像不很合适,但也的确想不到更好的词了。



挊码大官人
挊,读弄。挊码,就是撸代码的意思
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