这篇访谈讲的是计算机架构大师David Patterson的核心理念。他认为,精简指令集(RISC)比复杂指令集(CISC,比如Intel的x86)更高效,因为虽然RISC要多执行一些指令,但每条指令跑得更快,整体性能反而能提升3-4倍。他还看好开放标准的RISC-V架构,认为它有望在物联网和云服务领域流行起来。Patterson明确说摩尔定律(芯片性能每两年翻倍)已经失效,未来性能提升要靠专用加速器,比如机器学习芯片。提到的关键公司有:Intel(x86架构功耗高,靠硬件翻译勉强维持)、ARM(手机芯片霸主,但RISC-V很难撼动它)、以及被Intel收购的Habana(因为软件做得好,MLPerf测试成绩优异而被看好)。
David Patterson,图灵奖得主、伯克利计算机科学教授,在访谈中回顾了其职业生涯的核心贡献:RISC处理器架构(目前99%的新芯片采用)及RAID存储系统的联合创建。他讨论了RISC与CISC架构的差异,强调精简指令集设计的艺术性,并介绍了RISC-V开放标准指令集架构。此外,他探讨了机器学习如何改变计算机设计、新的ML基准测试、量子计算前景、摩尔定律的现状,以及RAID存储的发展历程。Patterson还指出,RISC架构的成功源于“简单即美”的设计哲学,而开放标准RISC-V有望进一步推动芯片创新。
David Patterson,图灵奖得主、伯克利计算机科学教授,在访谈中回顾了其职业生涯的核心贡献:RISC处理器架构(目前99%的新芯片采用)及RAID存储系统的联合创建。他讨论了RISC与CISC架构的差异,强调精简指令集设计的艺术性,并介绍了RISC-V开放标准指令集架构。此外,他探讨了机器学习如何改变计算机设计、新的ML基准测试、量子计算前景、摩尔定律的现状,以及RAID存储的发展历程。Patterson指出,RISC架构的成功源于“简单即美”的设计哲学,而开放标准RISC-V有望进一步推动芯片创新。
David Patterson认为,RISC架构的核心优势不在于指令数量,而在于每指令时钟周期数(CPI)的显著降低,这是其性能超越CISC的关键。
Patterson描述了他与John Hennessy在1980年代作为“激进派”推动RISC理念的经历。当时,业界普遍采用复杂指令集计算(CISC),认为“强大的指令”能简化软件编写。然而,Patterson团队提出,对于快速发展的微处理器,简洁指令集更为合适。
Patterson判断,RISC-V开放标准指令集架构有潜力成为未来最流行的指令集,尤其是在物联网和云服务领域,但智能手机领域因ARM的二进制兼容性而面临更高门槛。
Patterson指出,RISC-V是伯克利团队在2010年启动的项目,旨在从过去RISC架构(如MIPS、ARM、SPARC等)的错误中学习,并采用开放许可模式(BSD许可证)。
Patterson明确表示,摩尔定律(每两年晶体管数量翻倍)已不再成立,但这不是计算的终点,而是一个“新黄金时代”的开端——转向领域专用加速器(尤其是机器学习加速器)。
Patterson针对Jim Keller关于“摩尔定律仍存续”的观点进行了直接反驳,认为这是“营销”。
Patterson强调,基准测试(Benchmark)是量化技术进步、淘汰“虚假宣传”的关键工具,并引用MLPerf的成功案例;同时,他对量子计算持谨慎态度,认为其商业化应用至少要到2030年。
| 标的 | 嘉宾态度 | 关键数据 |
|---|---|---|
| Intel (x86) | 技术评价:CISC架构劣势;商业评价:成功但依赖硬件翻译 | 主导PC和数据中心;架构功耗和面积效率低于RISC |
| ARM | 评价为“极成功的RISC架构”,但为“专有” | 全球手机芯片主导;每年数十亿颗出货;苹果自行设计ARM内核 |
| RISC-V | 看好,认为有望成为最流行指令集 | 核心指令集约40条;2019年12月峰会参会人数1,700人(2015年50人) |
| Habana (被Intel收购) | 正面案例,因软件栈完整而成功 | Intel以20亿美元收购;MLPerf成绩优异 |
| Nirvana (被Intel收购) | 负面案例,因软件栈缺失而失败 | Intel取消产品线;未公布MLPerf成绩 |
| Google (TPU) | 正面提及,作为ML加速器标杆 | 参与创立MLPerf |
| Nvidia | 提及为MLPerf参与者 | 未提供具体数据 |
| Apple (A系列芯片) | 正面评价其自研ARM内核能力 | 自研芯片性能优于其他ARM厂商 |
| IBM | 正面提及:早期RISC推动者;RAID论文反馈者 | 控制1980年代大型磁盘市场 |
1. Patterson认为RISC的核心优势是每指令时钟周期数(CPI)低至CISC的约1/5,而非指令数量少——尽管RISC需多执行25%-50%指令,但更快的执行速度带来3-4倍性能提升。
2. Patterson明确提出“摩尔定律(每两年晶体管翻倍)已不再成立”,并以6年前DRAM/Intel微处理器晶体管数量未达8倍增长为定量证据,反驳Jim Keller的“营销”观点。
3. Patterson认为,机器学习(ML)加速器将是未来十年计算性能提升的主要途径,因为通用处理器性能提升已降至每年几个百分点,而ML核心计算(矩阵乘法)是硬件擅长的领域。
4. Patterson提出的“RISC-V核心子集+可选扩展”设计哲学,旨在避免传统指令集“随着年龄增长而膨胀”的弊端——核心仅40条指令,软件可仅基于此运行,但可按需启用加速扩展。
5. Patterson引用的RAID原始动机:用40个廉价PC磁盘替代单个IBM大型磁盘,通过冗余实现更高的可靠性(单个大型磁盘故障即丢失数据,RAID可容忍多个故障),同时提升性能并降低成本。
6. Patterson认为,没有基准测试的领域无法衡量进步,并引用MLPerf的成功案例——Habana公司因MLPerf成绩优异而被Intel以20亿美元收购,而Nirvana因未公开成绩而被取消产品线。
7. Patterson对量子计算的判断:实用化仍需约10年(2030年),类比为“核聚变”——前景光明但短期不可依赖,且将是“数据中心级”应用,不可能出现“量子手机”。
8. Patterson对“成功人生”的度量:他引用同事Randy Katz的观点——“不是银行账户的零,是《纽约时报》讣告的英寸数”,并强调对他人产生的影响(通过教育、指导、团队建设)优于论文或金钱。