3月21日,美国计算机协会(ACM)公布加州大学伯克利分校荣休教授David Patterson和斯坦福大学前校长John Hennessy为2017年ACM图灵奖获得者,以表彰他们在计算机体系结构的设计和评估方面开创一套系统、量化的方法,并对微处理器行业产生深远的影响。John Hennessy(左)和David Patterson(右)约于1991年出版了关于计算机体系结构的开创性著作。
1980年,加州大学伯克利分校的一位计算机科学教授Dave Patterson在研究全球数字机器未来的同时看到了它们的极限。那年10月,Patterson将他的这一发现发表在了一篇学术论文中,正是这篇论文开创了一个全新的计算机指令集-RISC(精简指令集)。他认为处于这些机器核心的芯片处理器正在逐年变得愈加复杂;但如果使用更简单的芯片,这些机器反而可以变得更强大。
当时,在Patterson教授与40英里之外的另一位来自斯坦福大学的计算机科学家John Hennessy的推动下,这一违反常规的想法很快传遍了硅谷,并使人们在由因特尔公司主推而变得日益复杂的CISC架构(复杂指令集)中找到了新的出路。周三,美国计算机协会(ACM)宣布Patterson与Hennessy为2017年度的图灵奖得主。
图灵奖常被认作为“计算机界的诺贝尔奖”,以英国数学家和计算机科学先驱艾伦·图灵(Alan Turing)命名,他们二人将共享100万美元的图灵奖奖金。今年该奖项或许会带来更多的共鸣,因为芯片行业正迈向Patterson和Hennessy当初设想的未来。
在宣布图灵奖的ACM官方新闻稿中,微软公司的首席创始人比尔·盖茨(Bill Gates)对Patterson和Hennessy的贡献盛赞“已被证明是整个行业蓬勃发展的基石”。据ACM称,在现如今年产量为160亿个的微处理器中,有超过99%的新芯片都在使用RISC架构。几乎所有的智能手机、平板电脑和数十亿台构成物联网的设备中,都能发现它们的身影。
Patterson和Hennessy之所以感兴趣于这些更简单的芯片,原因在于他们有着更快的运行速度和更低的功耗。这既减轻了芯片设计师的负担,也让计算机领域得以更快速地发展。在20世纪80年代,产自两家硅谷初创公司Sun Microsystems和MIPS Technologies所出产的RISC芯片,成为支撑大型企业运营的计算机工作站和服务器的标准。
MIPS Technologies是Hennessy在1984年利用休假年创立的公司,用以将他研发出的技术商业化。被Sun Microsystems商业化的SPARC结构芯片最早就源自于Patterson在伯克利的研究团队的研究成果。1982年,该团队创建并展示了RISC-I处理器:有着44000个晶体管的RISC-I原型,性能远优于有着10万个晶体管的传统复杂指令集CISC设计。
基于此,Sun Microsystem量产的处理器在九十年代中期占领了整个领域的主导地位。虽然在之后英特尔公司大量人力物力的投入下,RISC架构在处理器性能方面普遍略逊一筹,随着计算机概念在智能手机、平板电脑和其他小型电子设备上的扩展,功耗与空间都变得尤为重要。越来越多的芯片开始使用一家英国公司ARM的设计,这家公司的全称意为进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine)。
1989年,Patterson和Hennessy共同撰写了《计算机体系结构:量化研究方法》一书,它也成为了芯片设计的标准教材,并被誉为是体系结构领域的“圣经”。这本书现已出到第六版,书中Hennessy和Patterson鼓励架构师仔细优化他们的系统,以支持不同的内存和计算成本。
后来,即使是Intel也朝RISC的理念迈进了一步,虽然它的芯片仍延续使用CISC架构与计算机软件进行交互,但其内部的一些设计已经开始偏向RISC架构的特性。
值得一提的是,虽然Intel芯片仍然推动着为互联网提供动力的数据中心,但随着这些芯片接近它们的物理极限,谷歌(Google)、脸书(Facebook)和亚马逊(Amazon)等互联网巨头也将把重心逐渐转移到各种更简单的处理器上,使这些功耗要低得多的处理器引发芯片设计的又一轮复兴。Patterson和Hennessy就是这场改革的核心。
在担任斯坦福大学校长16年之后,被称为“硅谷教父”的Hennessy出任Google母公司Alphabet的董事会成员。而Patterson在1976年到2016年于加州大学伯克利分校任职计算机科学教授之后,现在作为Google的一位杰出的工程师,出任研究实验室研究院教授,并致力于用于人工智能的低功耗芯片设计。凭借这次的得奖,Patterson将成为第一位包揽ACM其他三个著名奖项的图灵奖得主。
随着时间的推移,在RISC-V基金会发布的“任何人都能免费使用的芯片架构”的帮助下,世界将得以用更加倾向于采用RISC方式运作。作为RISC-V基金会的创始人之一,Patterson说:“任何人都能创造原型,这是一个新的黄金时代。”