從積體電路設計流程的演進看中醫與西醫的差別(二)

1947年,在美國的貝爾實驗室,電晶體劃時代的發明,快速地取代了原本體積大、耗電量大、可靠度低的真空管。經過了數十年的演進,在1958年,由德州儀器的工程師們,發明了在矽晶片上直接製造的方法。從此,開始了積體電路瘋狂的成長。1960年代,出現了所謂的「小型積體電路(Small-Scale Integrated Circuit)」,那時的電晶體數目,約在數個到數十個。這麼少的電晶體數目,卻已經成了當時美國的阿波羅登月計畫,和導彈義勇兵飛彈的重要元件。幾年後,製程越來越進步,出現了所謂「中型積體電路(Medium-Scale Integrated Circuit),人們開始在矽晶片上,放上數以百計的電晶體。

SPICE

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時間進入1970年代,這時出現了所謂的「大型積體電路(Large-Scale Integrated Circuit),晶片越做越好,開始出現上千、甚至上萬的電晶體。工程師們發現,由於電晶體的數目太多,設計工作的複雜度大幅提高,以往用筆和手來做的計算,已經無法處理這樣的複雜度。所以應運而生的,就是電腦輔助設計領域中劃時代的發明:SPICESimulation Program with Integrated Circuit Emphasis)。這個程式,讓工程師們,把電晶體本身的電氣特性,和它們之間之間的連結,用文字的方式,輸入到電腦裡,給上一些輸入的資料,由電腦算出這個電路的輸出結果。這個劃時代的發明,讓工程師們第一次成功的處理了日益增加的複雜度。

但是光這樣還不夠,在同一段時間裡,數位積體電路開始大行其道。所謂的數位,是相對於類比的系統而言。當時類比電路的設計工作,著重的是如何將信號作各種的處理、放大,輸入輸出的電壓,是連續性的。數位電路的基本觀念,就是只關心這些連續的電壓的最高和最低點。把最高點定義成1,把最低點定義為0。CMOS的出現,更是使得數位設計大行其道。讓大部分的工程師,都轉到0與1的設計。這裡要注意的一點,就在最下面工作的電晶體,它的輸入和輸出的電壓,仍然是連續性的,大自然所有的東西都是連續性的。但是在上面設計的工程師們,不需要去看到那些,只要看到0和1就可以了。只有很少一部份的工程師,需要處理0和1和連續電壓之間的關係。

這又是一次大規模的處理複雜度的問題。工程師們把一個日益複雜到無法承受的問題,簡化成了0與1。在這個新的模型上,積體電路進入了LSI (Large-Scale Integrated Circuit),這時一片晶片上,可以容的下的電晶體,已經開始數以萬計。各式各樣的電腦輔助設計軟體,可以用來幫助0與1的設計工作。

進入1980年代,積體電路上已經可以放上萬個電晶體。這時,傳統的數位設計,即使只看0與1,再也無法處理這樣的複雜度。應運而生的,是所謂的RTL(Register-Transfer-Level)的設計方式。簡單的來說,數位電路的設計,可以簡單的被描述成資料在暫存器之間的轉移。經由這樣極為簡化的描述,一個很大的電子系統,可以用精簡的幾千行文字描述出來。當時一家小公司,推出了一個名為Design Compiler的編譯器,把這樣精簡的描述,合成各式各樣的邏輯元件,大幅地提高了工程師們可以處理的複雜度。又一次,經由簡化的模型,工程師們克服了原本無法想像的複雜度。這個時期,一直延續到現在,稱之為VLSI(Very-Large-Scale Integrated Circuit)。

VLSI之後是ULSI(Ultra-Large-Scale Integrated Circuit),可想而知的就是電晶體的數目繼續增加。最新的名詞,叫做SOC(System-on-a-chip),就是要把整個系統,全部做在一個晶片上。電晶體的數目,已經數以百萬計。這時,原來的RTL的模型,也開始無法處理這樣的複雜度。目前業界正在進行的,是用更高的抽象模型,來簡化設計的方式,把整個系統用更高階的語言來描述。我們說的,是像C、C++、System C、或是System Verilog之類的語言。目前,各種新的語言還處於百家爭鳴的時代。但是,它們的目標都是一致的,就是要建立更加抽象的模型,來描述日益增加的系統功能,解決系統設計的複雜度。

從積體電路設計流程的演進,我們看到了人類如何處理日益增加的複雜度,把原本複雜到無法想像的設計工作,簡化到工程師可以處理的水平。我們可以歸納這個過程為:複雜度快速增加→提出簡化的模型、抓到系統的重點→在新的模型上解決問題。這個過程,靠的是人類永遠高於電腦的最大優勢,就是人類有把複雜的事物「抽象化」(abstraction)的能力。

現在我們回頭看看中醫與西醫的差別。

(未完待續)

by 柱子

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7 comments to 從積體電路設計流程的演進看中醫與西醫的差別(二)

  • avatar 矽谷宅男

    柱子在這一段中對現代半導體工業的衍進做了一次很清楚的描述。
    期待接下來要說什麼

  • avatar chingyu

    看完後 有點少陽症(口苦咽乾目眩)
    加油囉
    再撐著點
    下一篇應該就開始看得懂了
    謝謝柱子兄 (打字比看文章更辛苦吧)

    “複雜度快速增加→提出簡化的模型、抓到系統的重點→在新的模型上解決問題。這個過程,靠的是人類永遠高於電腦的最大優勢,就是人類有把複雜的事物「抽象化」(abstraction)的能力。”
    猜猜下一段應該是中醫可以把人體的問題提出簡化的模型, 抓到重點使用既有的模型來解決人體的問題和維持有品質的生命 (六經加上八綱), 更貼近於中醫的思考模式, 中醫更把「抽象化」(abstraction)的能力, 發揮的更詳盡, 所以中醫的思考更貼近於積體電路流程的邏輯思考
    相較之下, 西醫容易把事情複雜化, 分類化, 細節化, 到最後抓不到整體的重點, 是吧?

    嗯, 不曉得, 猜對的話……
    會不會有贈品呢 ?
    期待……

  • avatar KC

    請問在美國如何購買仙豐科中。我寫過EMAIL去herb@hantang.com,但從未收到過
    回音。是否僅限漢唐的學生才能買?有些方子是否因應美國法令已經修改過?好比美國順天堂的小青龍湯沒有麻黃細辛。很無奈,買不到好藥。請幫忙!!

  • avatar 傑瑞

    猴塞雷~
    期待下一期…

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