中国计算机评审专家应该补上CPU设计这门课

姜咏江

从2014年自然科学一等奖“透明计算”的公示材料就让人感到揪心。可以看出我们的评审专家缺乏对计算机核心架构的深刻理解和认识，更缺乏对CPU实际设计的经验。毫无疑问，“透明计算”团队在网络环境下作了“开创性”的工作，而且这一工作对中国那种“跟风科研”风气是一次猛烈的冲击，不论成功与否，都应该给予支持。细想想，“透明计算”的设想还是有些新意的，但公示的材料没有恰如其分地提炼出来，而是将与网络环境不同的计算机基础架构理论和方法拿出来说事，未免就出现了“张冠李戴”的效果。

第一，              冯·诺伊曼的“程序数据存储”的计算机五项结构，是计算机设计思想的高度总结，是被计算机科学界普遍承认的逻辑结构，任何一个具体的计算机设计都无法替代。“透明计算”说“提出了时空扩展冯•诺依曼结构”。我们的专家就居然认可了？什么叫时空扩展？如果这五项中任何的设计变动都叫扩展，那么扩展还有什么新意？

第二，              计算机能够实现计算的基本部件必须有运算器、控制器和存储器，这三者缺一不可。“透明计算”说“在空间上解除了指令计算和存储的紧密绑定”。什么是计算机的计算？具体地可以认为是程序执行的过程。从CPU执行程序的过程来看，必须要将存储器和运算器、控制器“紧密绑定”，不然就不可能实现“计算”。这个道理，只要我们做过CPU具体的设计，而不是停留在用设计语言编编程序的水平上就会清楚。

第三，              计算机内部总线和外部总线差异主要是通信方式。核内部总线采用广播式同时同步信息传输方式，用总线控制字加以控制。而外部总线，特别是网络传输，传输线路多样，控制方式不同。还有内部总线数据传输速度极高，而外部总线目前还达不到这种速度要求。况且高速传输线路和低速传输线路之间必须要有缓冲接口，才能够实现数据正确传输。“透明计算”说“将原来计算机的内部总线扩展为外部网络”。试想，这样的提法与CPU设计的基本理论和方法不存在矛盾吗？

第四，              在计算机内部结构设计上，早已经实现了多处理器、多存储器，在时间上实现指令级并行和存储已是稀疏平常的事情了。“透明计算”说“在时间上将指令的计算和存储由‘串行’变成‘并行’”有多大的创新？

过去我们曾以为“软件什么事情都可以做”，现在我们已经明白了所谓的“核高基”，明白了硬件设计制造的重要性。但要彻底解决问题，必须从头将计算机最核心的内容搞清楚，这其中最重要的是CPU设计思想和方法。

以我个人的经验，只是了解一下CPU的结构和方法还不行，还必须认真地自己去设计CPU。现在有FPGA这个设计实验场地，亲自去用原理图方式设计个CPU，那才能够深刻理解计算机的真谛。真诚希望我们的计算机科学评审专家们能够补上这一课。

2015-1-30