“ARM、三星、NVIDIA、TSMC，這些廠商都是怎樣的角色？”，“三星的獵戶座和NVIDIA的Tegra 3都號稱基于ARM的Cortex-A9，同樣出處的它們?yōu)槭裁纯雌饋韰s是完全不同的樣子，性能也表現(xiàn)各異呢？”，“ARM到底是干什么的？三星又是干什么的？它們之間有著什么關系和聯(lián)系??？”
上面這些問題，相信曾經(jīng)在很多讀者的腦海中出現(xiàn)過。ARM是干什么的？三星和NVIDIA又是干什么的？這樣的問題雖然并不會影響我們購買手機或者其他半導體產(chǎn)品，但求知欲的作祟卻顯然會讓許多愛好者渴望得到一個解答。
說來慚愧，我們曾經(jīng)一直致力于將晦澀的半導體世界翻譯成一個能夠為廣大讀者所接受的，更加容易理解的世界。而且在先前的《GPU大百科全書》中，我們也曾嘗試以包括裝修或者烹飪在內(nèi)的各種手法來解釋圖形處理過程等等一系列的問題。但我們做的明顯還很不夠，盡管我們已經(jīng)竭盡所能，這世界上卻依舊有太多看上去很那復雜的問題等著我們?nèi)ソ馕?。比如這里提到的“移動芯片商之間究竟是怎樣的關系”，就是一個挺難啃的骨頭。
由三星制造的蘋果A5處理器和ARM有什么關系……
如果我們以“ARM是提供IP core的解決方案供應商，三星、NVIDIA同ARM是合作關系，它們可以在ARM的授權下生產(chǎn)不同的SoC芯片，而TSMC則是生產(chǎn)SoC芯片的工廠”這樣看似說得過去的答案來解釋，不僅答案本身就像什么都沒說一樣，還會引發(fā)更多的諸如“什么才是IP core啊？解決方案供應商是干什么的??？怎么一樣的出處又有了不同的SoC芯片啊”之類的疑問，這顯然是不負責任而且難以達到釋疑目的的。最理想的辦法，其實還是找一個我們都能夠理解的對象來類比和解釋，即便這樣的類比往往不會十分嚴謹，但它的確有助于我們面對各色各樣的疑問。
但究竟怎樣的比喻，才能比較直觀形象的解釋這樣的疑問呢？
想不通就先別想了，讓我們一起做張披薩飽飽口福吧
好吧，思考不僅會讓人感到疲倦，更容易讓人變得饑腸轆轆。既然很難理解這個層面的問題，而且又剛好說到了烹飪，那我們不如干脆換個角度——在今天的文章里，就讓我們烤上一張披薩，來滿足一下我們充滿渴望的味蕾吧。
● 您想吃什么口味的披薩呢？
披薩是一種簡單與復雜并存的食物，這種發(fā)源于意大利的食品現(xiàn)在已經(jīng)是足跡遍布全球的最常見的食品之一。相傳馬可·波羅在中國旅行時最喜歡吃一種北方流行的蔥油餡餅?；氐揭獯罄笏恢毕肽軌蛟俅纹穱L，但卻不會烤制。在一次聚會中，馬可·波羅向一位那不勒斯的廚師描繪了香蔥餡餅的特點。那位廚師在復制的過程中無法將餡料放入面團中，于是馬可·波羅提議就將餡料放在面餅上并配上了那不勒斯的乳酪和作料，這種簡單的改進和混合產(chǎn)生了意想不到的效果，最終的成品大受食客們的歡迎。
看似簡單的混合美食——披薩
披薩的簡單是那么的直接，我們甚至可以將之稱為質(zhì)樸。它的制作本質(zhì)上就是面胚、蔬菜、肉類、醬料以及奶酪一同烘焙而已，即沒有過多的烹飪技巧需求，也沒有華麗的外表或者深達靈魂的味覺刺激。但也恰恰是這種表面上的質(zhì)樸，造就了披薩給食者所帶來的滿足。
青椒的甜脆，培根熏烤的鄉(xiāng)野氣息，蘑菇悠長的鮮美，番茄令人愉悅的酸爽，墨西哥辣醬悅動的火熱，還有奶酪濃郁的奶香，所有這些簡單直接的味道在或經(jīng)醒發(fā)后變得松軟，或直接以烤制而變得香脆的面胚上完成混合之后，便不可思議的加成放大，變成了一首厚重悠揚的交響旋律。人們很難說清披薩究竟香在哪里，但幾乎沒有任何人能夠忽視披薩帶來的滿足感。當這首由各種美味匯聚在一起的大合唱在舌尖跳躍時，均勻而完美的旋律讓我們在感受飽腹之余，更收獲了平和卻富足的內(nèi)心感受。
很少有人能夠抗拒披薩的吸引
平和以及完美的混合造就了披薩的美味，那么菜單的搭配，就是造就這種平和的關鍵。要讓披薩呈現(xiàn)出完美的味道，一份作為準備工作的口味菜單是必不可少的。大部分披薩的構成食材都很普通，甚至可以說是廉價，但樸實也是一種魅力。所以在決定披薩最基本的底料菜單時，我們只需要實踐這份樸實即可。
面團本身幾乎沒有任何味道，但它卻是承接一切味道的基礎。溫水加黃油和勻的高筋面粉在經(jīng)歷力道均勻的揉打之后內(nèi)勁十足，而溫水中事先兌好的干酵母會在我們和好面之后接管余下的工作，讓面團變得松軟并能夠吸吮和混合材料與奶酪形成的湯汁。三色甜椒不僅能夠帶來維生素和纖維素，更可以中和奶酪的油膩；洋蔥微辣的香氣在加熱后可以令人寧靜愉悅；番茄醬的酸甜不僅清爽而且可以起到開胃的作用；奶酪與蘑菇融化在一起能夠產(chǎn)生十分濃郁的鮮美；當然，無肉不歡的我們自然不會放過培根和香腸，它們在烘焙中所散發(fā)出的熏味并不華麗，但絕對是“香氣”中最能給人直接刺激的部分。
伴隨著烘焙，食材的香氣會神奇的混合在一起
沒有任何調(diào)料，一切香味都來自于食材本身的味道，只要你能夠把這些味道適當?shù)募右曰旌?，令人滿意的享受就會自然的來到你的面前。大自然在賜予我們美食的同時，也將普適的概念傳遞給了我們——無論是廚房還是別處，無論我們在制作著什么，調(diào)和的搭配都是最基本的共通要素。
這其中，也包含了看似與飲食毫無干系的半導體芯片。
● ARM—配料菜單的書寫者
如果將一款移動芯片的設計過程看作是烘焙一份披薩，那么其中菜單的書寫者，就是為幾乎所有移動智能平臺芯片廠商提供IP Core的幕后存在——ARM。
ARM
IP Core可以被直譯成“硬核”，它是構成集成電路的最基本組成部分的邏輯描述方式。如果將一些常見的數(shù)字電路轉(zhuǎn)化成功能塊，諸如內(nèi)存控制器、總線接口或者運算器單元等設計以模塊化的形式來描述，將可以避免工程師重新設計許多單元細節(jié)，減輕重復勞動的負擔，同時也讓芯片設計變得更加高效。
IP Core的作用就像最基本的披薩菜單一樣，我們喜歡傳統(tǒng)的淡口味披薩，所以我們的菜單決定了原材料由面粉、菜椒、蘑菇、洋蔥、培根、奶酪、番茄醬和黃油組成，它表征了構成一份披薩最基本的用料，而IP Core之于芯片的作用也是如此。移動智能平臺所需SoC芯片架構的最基本特征，包括是否亂序，采用雙發(fā)射還是三發(fā)射的指令端，流水線當中包含了多少個AGU，能夠搭配怎樣的內(nèi)存總線，是否具備充分的多核心擴展性等等，所有這些都需要ARM來進行設計和制定，而設計的結(jié)果，就是充當硬件菜單作用的IP Core。
移動CPU的“菜單”——Cortex A15架構
這些特性就像芯片的“味道”一樣，早在其誕生之前便已經(jīng)存在了，而且可以通過適度的搭配“散發(fā)出誘人的香氣”。所以ARM所做的事，就是根據(jù)移動領域處理器及芯片的基本特點來完成單元及功能模塊的基本搭配，以菜單的形式將這些搭配書寫出來，并盡可能的貼近人們對性能和其他特性的需求。
在移動芯片廠商以及整個芯片制造的鏈條中，ARM可以說是一切的起點，它就像馬可波羅那位來自那不勒斯的廚師好友一樣，第一個創(chuàng)造了“披薩”最基本的配方和存在。
● “我覺得可以少放點培根，蘑菇才是關鍵啊”
每個人對于味覺和食性的需求是不同的，比如說奶酪的濃厚香氣在一部分人的味覺體驗中就可能會變成甚至是“酸臭”的感受，肉類的大量出現(xiàn)也會招致不少女性的厭煩。精心調(diào)酌各種食物的搭配，讓每一種食材的樸素都能得到最佳的展現(xiàn)，這就是烹調(diào)的真諦。
北美風味，墨西哥風味，傳統(tǒng)意式甚至是法風素式……披薩在數(shù)百年間演繹出了數(shù)不清的變種。一種和諧的搭配之所以會演化出豐富多彩的結(jié)果，并且隨著自身的風味的變遷從一個地方性的食物變成了風靡世界的美食，這就是一個微調(diào)味道的傳奇。
藍紋干酪的濃烈注定了它并不適合所有人
還是說奶酪吧，我們在最開始的菜單中決定使用奶酪，但究竟用什么樣的奶酪，用多少奶酪，我們都沒有定論。普羅伏羅奶酪由于采用了煙熏工藝，其味道較之莫扎里拉奶酪更為濃郁，不過煙熏的口味會與培根形成重疊；比然奶酪雖然咸味與奶香味四溢，但它相對較好的流動性會影響披薩的口感；藍紋干酪口感豐盈，可惜其過于濃烈厚重的味道足以“喧賓奪主”……披薩的和諧太過完美，每一種味道都環(huán)環(huán)相扣，即便同樣是奶酪，種類的細微調(diào)節(jié)選擇都會給最終的味覺體驗帶來不同的結(jié)果。所以無論是誰，想要制作出口味香濃的披薩，精細的調(diào)整菜單的配置都是必不可少的步驟。
“清心寡欲”的楠爹無欲無求卻又無鮮不歡
楠爹是一個清心寡欲的人，他的口味偏于清淡，不喜歡任何濃烈或者刺激的味道，但惟獨對鮮味和口感有著偏執(zhí)的熱愛。為了迎合他的需求，瑞士硬干酪這種咸鮮適中，較不易流動并能帶來咀嚼感的奶酪就成了制作中的上選。溶化后的瑞士硬干酪能夠封存食物的味道，這會加重培根獨有的煙熏氣息，而這種氣息并不為楠爹所接受，因此適當減少了培根的用量，同時使用更易出湯的草菇和紫甘藍來提振味覺中鮮味的比例也就成了必要的調(diào)整過程。
我們?yōu)殚臏蕚涞娜鹗坑哺衫遥槭裁床挥媚锢亍?/strong>
細微的調(diào)整帶來了新的平衡，雖然我們依舊還是使用了基本菜單中出現(xiàn)的“奶酪+培根+蔬菜+蘑菇”的組合，但瑞士硬干酪、紫甘藍以及草菇的加入，還有培根用量的削減，讓面前的這張披薩從迎合大眾的公共味道變成了只為楠爹一人獨奏的優(yōu)美旋律。不僅我們?nèi)绱?，事實上披薩之所以能夠發(fā)展出風格迥異但又都美味誘人的變種，都是這些細微要素調(diào)整以及環(huán)環(huán)相扣之后所放大出來的結(jié)果。
如果繼續(xù)我們剛剛的話題的話，那么在一款移動芯片的設計過程中，又是誰調(diào)整了ARM寫下的菜單，并把它變成了形態(tài)各異卻又能對應整個移動智能平臺廣闊市場需求的芯片產(chǎn)品群體的呢？
● 芯片設計商——調(diào)和的藝術
就好像楠爹不喜歡各種更加刺激性的味道一樣，不同的移動平臺產(chǎn)品也會因為不同應用人群的需求而產(chǎn)生各種各樣的特質(zhì)。更好的續(xù)航能力、更低的發(fā)熱量亦或者更加強勁的處理能力，這些作為結(jié)果出現(xiàn)的要素都會導致芯片最終形態(tài)的不同。
如果說ARM提供了關于SoC芯片的IP Core，書寫下了最基本的菜單，那么針對食客的不同需求以及味道之間彼此影響的規(guī)律對菜單進行調(diào)整的人，就是我們所熟悉的三星、高通以及NVIDIA這樣的芯片供應商了。
基于Cortex A9 IP Core的Tegra 3
融化的奶酪與培根或者草菇與蔬菜的湯汁，食材和味道之間的關系是客觀存在的，但要展現(xiàn)這樣的關系卻需要烹飪者對食材的屬性和不同食客的不同需求有全面的了解和理解。如果我們?yōu)殚松弦槐P酸辣刺激的墨西哥風味披薩餅，不管這搭配多么合理和諧，最終的味道多么完美誘人，我們依舊只能收獲一樣的結(jié)局——楠爹不喜歡。所以針對不同的食客調(diào)整菜單的細節(jié)，讓人們渴望得到滿足的部分最終得到滿足，是烹飪者最為基本的任務。同樣的，這也正是芯片供應商的基本任務。
“什么玩意？我連午飯都沒吃就等你的餅，你卻給我放了辣椒？！”
每一家芯片供應商對于邏輯架構的理解都是不同的，為了設計出與眾不同且能夠滿足對應市場需求的產(chǎn)品，芯片供應商在獲得ARM提供的IP Core之后，都會根據(jù)自己的合作等級以及實力對方案進行適當?shù)男薷暮驼{(diào)整，這種修改雖然保持了原菜單最基本的特征，但卻因為細節(jié)的不同而產(chǎn)生了完全不一樣的結(jié)果。比如同樣基于Cortex-A9的NVIDIATegra 3和三星獵戶座，或者同樣稱為披薩的法風素式披薩和墨西哥披薩。
芯片供應商需要考慮的另一個問題——究竟該用怎樣的工藝
除此之外，芯片供應商還需要做一個很關鍵的決定，那就是芯片所使用的制造工藝。不同的制造工藝就像不同的烹飪手法一樣，只有選擇最合適當前菜譜中食材組合的烹飪方式，味覺的華麗才能夠最終被釋放，芯片的性能和特性也才能夠得以正常的呈現(xiàn)出來。
披薩還是披薩，但販賣披薩的人已經(jīng)針對不同的人群以及自己對味道和烹飪的理解修改了菜單。喜好食素的人可以選擇法風素式披薩，偏愛刺激口感的人可以品嘗墨西哥披薩。無論我們身在何處，無論我們有著怎樣的喜好，我們都能在味覺的世界中找到屬于自己的領地，也都可以在移動市場上尋覓到適合自己的產(chǎn)品。這一切，都是芯片供應商對ARM菜單修改的結(jié)果。
● 再好的菜單也要精心的烘焙才能出彩
火是神奇的東西，它能給人們帶來溫暖，也能加熱并讓食物變成可食的，火的存在一直伴隨在烹飪乃至整個人類文明的發(fā)展史中。甚至可以不夸張的說，正是火在我們食物攝取過程中的出現(xiàn)，才最終造就了人類文明的今天。
烹飪，火的藝術（圖片源自網(wǎng)絡）
火與事物的聯(lián)系，大部分都發(fā)生在烹飪的過程中。對火以及火候的正確應用不僅可以讓食物轉(zhuǎn)化到最終可以被食用，還可以激發(fā)出食物本身的各種屬性。正因為此，烹飪過程本身甚至可以被稱作是“火焰的藝術”。這樣的特點，在披薩的烘焙過程中體現(xiàn)得淋漓盡致。
無論傳統(tǒng)的明火還是現(xiàn)代工藝下的電烤，披薩的制作工藝在數(shù)百年間并沒有發(fā)生任何本質(zhì)性的變化，火焰或者電熱管通過熱輻射而非直接接觸，將熱量傳遞到待烤制的披薩餅中，進而誘發(fā)一系列神奇的變化，將其上承載的美味逐一釋放出來。這種被稱作烘焙的過程雖然平緩寧靜，但這種寧靜也正好像是對烹飪者的獎賞以及對食客的饋贈一般。
明火烘焙的披薩
在熱量的烘焙之下，看似簡單堆疊的披薩食材開始了一連串賞心悅目的合奏。餅胚中的酵母發(fā)酵產(chǎn)生的氣體會在吸收熱量之后令餅胚膨脹；奶酪在熱量的作用下開始融化；草菇開始用氨基酸來闡釋我們對鮮美最佳的定義；而甜椒、洋蔥和紫甘藍則釋放出了帶有蔬菜甜香的湯汁，它們與草菇鮮湯和融化的奶酪一起混合，被帶有黃油香氣并且已經(jīng)充分膨脹的餅胚最大限度的吸吮，并在其中一起演繹出了這一幕味覺交響樂的最高潮。舒緩、和諧、同時又是那么令人難以抵擋。
電烤爐同樣可以達到烘焙的目的
如果稍加改動，比如說增加下烘焙面的溫度，減少面胚中酵母的用量并以黃油敷盤，再去掉大量出湯的紫甘藍等蔬菜，這首舒緩的味覺交響樂就可以搖身一變，由軟糯轉(zhuǎn)而以香脆來重新闡釋食物帶給我們的歡愉。烹飪者對于食物的熱情、食客們對于美味的期盼，所有這些情緒全都在烘焙的過程中的打了紓解和釋放，這就是披薩的神奇，同時也是火與烹飪的傳奇。
那么在芯片的制造過程中，又是誰來書寫這樣的傳奇呢？
● TSMC——執(zhí)掌“火的藝術”之人
我們已經(jīng)有了決定菜單的人，也有了為應對不同需求而修改并重新定義食材合奏的人，接下來我們將要面對的，自然就是將這一切付諸實施的烹飪者了。這個將設計轉(zhuǎn)化成實際的人，就是各個擁有Fab的半導體供應商。
這就是Fab烤制的“披薩”——晶圓
無論是Fabless還是擁有Fab的芯片供應商，在完成了對ARM IP Core的修改之后都需要將這些調(diào)整后的邏輯設計變成真真切切的“芯片”，所以它們接下來要做的事情，就是根據(jù)自己所選Fab公布的EDA規(guī)則（這又是另一種規(guī)則，我們將會在后續(xù)的文章中對其進行解析），或自行完成或與Fab/第三方合作完成芯片的實際布局，將邏輯電路轉(zhuǎn)化成實際的晶體管/半導體集成電路形式。
在完成布局之后，就該輪到Fab大顯身手了。以TSMC為例，它需要對已經(jīng)完成EDA方案的芯片設計進行第一次實驗性制造，也就是我們常說的Tape out（流片），這一過程就像一位剛剛獲得食譜配方的廚師第一次嘗試烹飪一樣。對于芯片而言，t這初次的制作過程就好像首次烘焙一張全新菜單及配方的披薩。“食材”的搭配是否合理，“烘焙”工藝的選擇和控制是否精確到位，都決定了芯片能否擁有良好的表現(xiàn)甚至能否被制造出來。
半導體界的烹飪者之一：TSMC
就像烹飪做砸了一樣，流片過程也并不一定都會100%成功的。在“烤好第一張披薩”之后，TSMC會像每一位負責任的烹飪者一樣與芯片廠商合作進行測試、情報信息的收集以及改進方案的確立（試吃、品鑒并針對性的修改菜單）。是不是熱處理過程溫度過高（烘焙的溫度是否合理）？清洗和摻雜過程是否恰當（醬料使用的是否合理）？到底應該采用HPM還是HPL工藝（究竟是應該使用充分醒發(fā)面還是應該使用燙面）？這些問題都將會影響到芯片的最終表現(xiàn)以及可制造性。進一步改進工藝和設計之后，芯片的烹飪過程會再次進行，Retape out（再次流片）的芯片將會再次經(jīng)歷前面的一系列過程和調(diào)整。
在一次次的修正之后，作為烹飪者的TSMC會最終找到一種適合這張全新配方披薩的烘焙方式，食材的氣息和內(nèi)涵終將會得以釋放，TSMC會以批量化的形式對這種配方的芯片進行流水線式的烘焙。經(jīng)由消費，食客們便可以享受滿載著烹飪者情感和自然饋贈的完美芯片所帶來的感官享受了。
● 味道中的乾坤
雖然看上去好像并沒有直接的聯(lián)系，但行文至此，相信很多人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了我們文字間蘊藏的玄機——經(jīng)由披薩的導引，即便我們偷偷的把半導體工業(yè)同烹飪這兩件事混雜在了一起，感官上所能產(chǎn)生的違和感也極為有限了。盡管半導體工業(yè)和廚房中的藝術是看似遙遠的兩個領域，但正如我們在本文開頭所寫的那樣——大自然在賜予我們美食的同時，也將普適的和諧傳遞給了我們，無論是廚房還是別處，無論我們在制作著什么，只要它是一個需要以和諧的搭配來完成的工作，那么在本質(zhì)上就沒有什么不同。
和諧是披薩美味的重要原因
飲食不僅僅是一個讓我們補充熱量并維持生存的過程，在于食物的接觸過程中，我們不僅享受了大自然的恩賜，體會了味道帶給我們的感官愉悅，更能從中體會到和諧變化的魅力。無論酸甜苦辣還是煎炒烹炸，烹飪這門調(diào)和的藝術早已經(jīng)在千萬年間將人類與食物、火以及大自然緊密的連接在了一起。我們品嘗美食，享受烹飪的過程，并感悟著從中投射出的各種情感以及規(guī)律的光芒，這才是飲食帶給我們最本質(zhì)的享受。
烹飪中透出的規(guī)則不僅讓我們更好地理解了香氣的由來，更可以幫助我們理解許多看似晦澀的專業(yè)制造過程。今天我們所涉及的移動芯片設計制造過程中各個廠商的關系、聯(lián)系以及基本過程，就是很好的體現(xiàn)。
即便是最新的Tegra 4，也依舊是各種“味覺”和諧搭配的產(chǎn)物
無論是制定基本菜單規(guī)則的ARM，按照顧客口味以及自己對食物的理解修改菜單方案的芯片設計商，還是最終把一切抽象的邏輯方案變成可口食物的半導體供應商，它們都把自己對于邏輯芯片實現(xiàn)過程的理解融入到了自己的設計和生產(chǎn)行為當中。對邏輯結(jié)構的正確理解和和諧調(diào)配、針對需求所做出的適當變化以及專注于應對需求和促進進步的精神，都是這些廠商們乃至整個半導體業(yè)界賴以生存的根本。當然，只需要稍微調(diào)換一下對象，把它變成“對食材的正確理解和和諧調(diào)配、對食客需求的把握和針對進行的烹飪調(diào)整、以及認真嚴肅的對待食客需求并精進烹飪技藝的精神”，烹飪者、飲食和食客的關系也就同樣的被表現(xiàn)出來了。
這塊由我們親手烘焙的披薩馬上就會再次登場了
一沙一世界，一樹一菩提，我們這個世界的深邃全部蘊藏于一個個普通的平凡當中。小小的廚房所容納的不僅僅是人們對味道的情感，更有推動整個世界前進的動力。要想理解我們的世界，有的時候只需要細細品味一下我們所喜愛的美食即可。正因為此，我們才規(guī)劃了《舌尖上的硬件》這樣一個系列欄目。通過對美食的品味和體會，我們可以更好地理解許多硬件相關的原理、內(nèi)涵甚至是趣聞，我們所需要為此準備的，其實僅僅是一顆平和的心而已。
在今后的《舌尖上的硬件》欄目中，我們還將會從更多食物和烹調(diào)的角度出發(fā)，帶給你全然不同的關于硬件的精彩內(nèi)容。你將會在這里獲得更多別處無法獲得的精彩，所以敬請拭目以待吧。
