硅谷教父John Hennessy：我们正站在计算机架构第五时代的门槛上作者|蒋宝尚编辑|青暮近日

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作者 | 蒋宝尚
编辑 | 青暮
近日，图灵奖得主John Hennessy 在CNCC 2020进行了特邀报告，在报告《第四代计算机体系结构的终结与新的前进道路》中，他就第四代计算机体系结构的终结与新的前进道路展开论述。
具体而言，他回答了：“我们如何设计计算机来提高性能，特别是对于像机器学习这样计算要求很高的任务”等问题。另外，他还断言：计算机架构第五时代必然是专用处理器的天下，而目前我们正处在第四时代到第五时代转换的节点上。
以下是报告全文， AI科技评论进行了不改变原意的整理。
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大家好，我是John L. Hennessy ，非常高兴参与CNCC2020会议，与大家讨论计算机架构这一话题。虽然很希望能够到现场和大家互动，但是线上交流似乎是目前最明智的选择。
在1977年，我还年轻，当时在斯坦福大学担任助理教授，从此开启了研究生涯，记得那时苹果公司还没有成立，微型处理器还是相对新颖的研究方向。
那时候， 1980 年代早期，人们对更大型控制存储器中大型微程序使用的复杂指令集计算机（CISC）进行了一些研究。而我进行的是让我们重新思考如何设计计算机的研究方向：精简指令集计算机（RISC）。
由于这项工作具有颠覆性，我当时以为工业界很快就接受其想法。但事实上并没有，甚至，最初以我们的想法为基础的一些实验项目，被停掉了。因此，这让我明白了必须要成立一家公司证明这项技术、想法的可行性。于是， MIPS科技公司诞生了。
具体的时间点是：1984年， MIPS计算机公司成立。 1992年，美国硅图公司收购了MIPS计算机公司。 1998年， MIPS脱离美国硅图。
创办MIPS计算机公司是我首次进入硅谷所做出的事情，之后我就又回到了大学，再之后（1999年）我就和我的同事斯坦福大学的Teresa Meng博士共同创办了Atheros ，这家公司早在WiFi成为标准之前，就已经引领WiFi趋势。当然，这家公司最后也卖给了高通，我也回到斯坦福大学担任工程院院长。
另外，我还在斯坦福大学担任了16年的校长，并领导了奈特-汉尼斯学者奖学金项目，作为斯坦福大学全新的研究生奖学金项目，旨在培养下一代的全球领袖以解决世界面临的日益复杂的各种挑战。
在我担任校长期间，通过观察，发现无论是在政府、学界还是业界，其有强大的领导能力的人并没有多少，因此我们正在做出各种努力来培养“下一代领导人” 。这个话题并不是今天的重点，今天的重点是讲技术，也就是摩尔定律带来的有趣转折点。
1 65年的计算机结构发展
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计算机架构已经走过了四个时代，在过去的65年期间取得了令人惊讶的进步，尤其是最近40年，微处理器的设计持续推陈出新，其处理性能每年提升1.4倍，与40年前相比计算机的运行速度已经提升了10^6倍。
总体而言，有三个架构的创新：
1.架构越来越宽，从最初的8bit到16bit再到64bit 。
2.指令级并行（ILP）在一段时间内是提高性能的主要架构方法。
3.出现多核技术，与单个内核相比， 32 个内核的应用程序运行速度要快得多。
另外，在这期间，摩尔定律的出现预测了处理性能的提升：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
伴随摩尔定律是由罗伯特·登纳德（Robert Dennard）预测的登纳德缩放定律（Dennard scaling）。他指出，随着晶体管密度的增加，每个晶体管的能耗将降低，因此硅芯片上每平方毫米上的能耗几乎保持恒定。由于每平方毫米硅芯片的计算能力随着技术的迭代而不断增强，计算机将变得更加节能。
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然后，让我们看看在过去的65年期间，计算机都发生了怎样的变化。从上图可知，计算机在不同的时代，其命名、技术以及特点各有不同。
在1955-1964 ，其使用的技术是晶体管，在这期间每一个模型都是不同的；随后进入了360时代，开始了小规模和中等规模的集成，使我们能够开发大型机器，甚至开发超级计算机。
微处理器出现之后，技术成本开始下降，在摩尔定律给出的预测下，微处理器变得越来越有能力。我们开始使用了大量的指令级并行性，兼顾效率的同时承担了其他风险。指令级并行大行其道之后，我们进入了第四个时代，重点在多核，即单芯片上存在多个单独的处理器，其性能再一次获得提升。