第278章 馮諾依曼架構的局限

  陽光燦爛的七月,迎來了學生們嚮往的暑假,也是天之驕子們出行接觸社會的最佳時期。

  那架從上海飛往紐約的東航航班上,三分之一的乘客是國際遊學團的成員和家長代表,三分之一的乘客是退休的廣場舞大媽,三分之一的乘客是商務人士。

  辛佟值機的時候選擇的是靠近窗戶的座位,他的身邊坐著的是一位穿著灰色西裝戴著眼鏡的中年大叔,看上去十分紳士,他身上噴了法國香水,好聞的香水味幽幽地飄了過來。

  同排座位靠近過道坐著的是一位打扮精緻的老奶奶,大波浪的捲髮留著時代的印記。

  美麗的空姐和英俊的空少不時在機艙裡面走動,幫助旅客操作音頻和視頻系統,回答乘客關於飛機、天氣、航線和服務等問題,他們美麗的身影總會吸引住乘客們的目光,讓大家忘記旅途的艱辛。

  「小帥哥,咱們換一個位置吧!」當飛機在雲層中抖動了一下後,坐在過道邊的老奶奶拉了拉辛佟的衣服喊道。

  辛佟正在欣賞窗外的風景,飛機穿過雲層後,機翼下的浮雲引起了辛佟的注意。

  「好啊!」辛佟轉過頭來,微微一笑。

  看來窗外的美景也引起了老奶奶的興趣。

  他們交換完位置後,老人剛一坐穩,就伸出手拉了拉舷窗,嘆了一口氣,對著身邊的中年大叔說道:「年輕人,這窗戶怎麼打開啊?我想透透氣!」

  「老大媽,這是飛機,不是公交車,舷窗是不能打開的!」中年男子說道。

  「什麼?不能打開的?」

  「是啊!」

  「小帥哥,那我還是坐在過道邊,這裡面太擠了!」

  辛佟微微一笑,站起身來,又換回到了自己靠舷窗的位置。

  從老太太的舉止判斷,辛佟覺得她是第一次坐飛機。

  很多老人一輩子在工廠上班,都沒有坐飛機出行過,到了退休的年齡了,子女已經成人,沒有了生活的壓力,時間也很富裕,打扮一下出來跟團旅遊,做出一些滑稽的事情來並沒有什麼奇怪的。

  他們換來換去,倒是難為了坐在中間的那位先生,辛佟坐好後,轉過頭對身邊的中年男子說道:「對不起!」

  「沒事!」辛佟友善的禮讓行為讓中年男子頗有好感。

  「先生,你是去紐約出差嗎?」辛佟好奇地問道。

  「我是回美國,十年前我就移民到了美國,這一次來上海是做學術交流!」中年男子答道。

  「學術交流?」

  「對的,我是去復旦大學做半導體晶片學術交流的!」

  一聽對方是做晶片學術交流的,辛佟立刻亮明了自己的身份:「我也是從事半導體行業的,今年剛考上清華大學微電子學院的研究生!」

  「那我算是你的校友了,我叫路偉,1996年在清華大學物理系取得學士學位,然後去了美國,在美國萊斯大學取得博士學位,現在是美國密西根大學電子工程與計算機系教授,主要研究方向是存儲晶片。」中年男子自我介紹道。

  「幸會!幸會!」

  「你學習晶片設計的時候,多關注一下存儲晶片,存儲晶片是半導體行業中非常重要的一類產品,占比超過三成,我們日常所有的電子設備基本都會用到存儲晶片。」路偉教授一看身邊坐著的是自己的校友,侃侃而談起來。

  辛佟一聽對方是密西根大學的教授,心想一定不要放過這個大好的求教的機會。

  「進了清華大學校園,我一定會好好研究一下存儲晶片。」

  「電子產品要實現控制和運算,就需要存儲信息,這離不開存儲晶片,存儲晶片可簡單分為快閃記憶體和內存,快閃記憶體包括NAND FLASH和NOR FLASH,內存主要為DRAM。為了更加方便的理解存儲晶片的作用,我們可以用吃花生來做說明,你口裡吃花生就好比CPU在處理數據,硬碟容量大小就是你的口袋大小(能放多少花生),內存大小就是你的手的大小(一次能抓多少出來)。」

  辛佟點了點頭。

  「存儲行業興起於上個世紀六十年代,到目前為止已經經歷了三個發展階段,1990年以前,DRAM(Dynamic Random Access Memory)為存儲晶片市場上主要的產品,不過DRAM有很大的局限性,只能將數據保持很短的時間,為了解決長期保存數據的問題,美國 intel公司1988年開發出了NOR flash技術,到了1990年,NOR Flash擁有非易失性、超高讀取速度、可片上執行等特性,得到了市場的認可。」

  「不過NOR Flash也有明顯的短板,例如寫入速度慢、價格昂貴,這就決定了它不適合做大容量存儲,提到NOR flash,不得不提一下兆易創新,這家公司的老闆朱一明也是清華大學畢業的,去年他們推出了國內首款SPI NOR Flash產品,現在已經量產了!」

  聽到這裡,辛佟豎起了大拇指。

  「不過NOR flash顯然不是最佳的解決方案,科學家們不斷在探索,早在1989年,日本東芝公司發表了NAND flash結構,Nand-flash存儲器具有容量較大,改寫速度快等優點,是高數據存儲密度的理想解決方案,適用於大量數據的存儲,2000年以後,NAND Flash開始了爆發式增長。」

  「這麼說人類已經找到了最佳的數據存儲方式了!」聽了路教授講敘存儲晶片的發展歷史,辛佟如同醍醐灌頂一般。

  「No!我認為還沒有!」路教授搖了搖頭。

  「為什麼啊?」辛佟打破砂鍋問到底,跟大師在一起,只有連續問五個Why,才能得到真知。

  「當前主流的計算系統都是採用馮諾依曼架構,馮諾依曼架構消除了原始計算機體系中只能依靠硬體控制程序的狀況,將程序編碼存儲在存儲器中,與運算控制單元相分離,實現了可編程的計算機功能,大大促進了計算機的發展。」

  辛佟點了點頭。

  「目前這種架構也有一定的局限性,為了滿足速度和容量的需求,現代計算系統通常採取高速緩存(SRAM)、主存(DRAM)、外部存儲(NAND Flash)的三級存儲結構,SRAM響應時間通常在納秒級,DRAM則一般為100納秒量級,NAND Flash更是高達 100微秒級,當數據在這三級存儲間傳輸時,響應時間的差異形成『存儲牆』。」

  「目前市面上廣泛使用的DRAM和NAND Flash受限於本身的物理特性,難以突破『存儲牆』,這就需要我們尋找一種新型存儲的特殊材料和結構,如果這種新型存儲晶片同時具備DRAM的讀寫速率與壽命以及NAND Flash的非易失特性,理論上可以簡化存儲架構將當前的內存和外存合併為持久內存,從而有望消除或縮小內存與外存間的『存儲牆』。」

  路教授說到這裡,陷入到了沉思之中。

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