现代计算机架构先驱获得图灵奖！

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。| 图片来源：Shane Harvey

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[1]，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。

○ David Patterson（左）和 John Hennessy（右）因发明 RISC处理器而荣获2017年ACM图灵奖。现在他们正研发专用于加速人工智能的芯片（中）。| 图片来源：University of California / Google / Stanford University

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 Intel 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。

○ Google 研发的专为人工智能应用设计的新芯片。| 图片来源：Google

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。”

扩展阅读：

《计算机所面临的五大极限》

《通往计算机世界的地图》

编译：二宗主

审校：孙鹏

参考阅读：

[1] https://www.cs.utexas.edu/users/fussell/courses/cs352h/papers/risc.pdf

参考链接：

https://amturing.acm.org

https://www.nytimes.com/2018/03/21/technology/computer-chips-turing-award.html?smid=tw-share

http://news.berkeley.edu/2018/03/21/david-patterson-pioneer-of-modern-computer-architecture-receives-turing-award/

经授权转载自《原理》微信公众号

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