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三体人列计算机,可行吗?

来源:内容来自知乎,作者:夏晶晶,谢谢。

三体里的人列计算机可能实现吗?


其实这是一个很有趣的问题,这个问题对于集成电路业内的同学和非集成电路行业的同学,无论是脑洞还是视角,都应该是不一样的。


所以,按照一本正经的胡说八道的基本原则,我好几次拿这个问题调戏一起工作的同行。


毕竟是科幻,不一定要说得面面俱到,但作为处理器行业的架构师,总应该从其所做的工作出发,对这个计算机提出一点建设性意见 :)



下图就是三体动画片的人体计算机了,规模宏大,让人震撼不已。嗯,我们不要纠结于动画和书本的差异,以动画中人的形态组成的描述为基础,我一直在讲,他这个计算机,存在一个结构上的逻辑Bug :) 是什么呢?



有人说是规模 :)


我们看到Apple的A15 CPU,其Transistor数量是150亿,当然Transistor是一个计量单位,并不是真实的Instance数量,但Instance本身复杂度却又不止于与门和或门,所以,我们不要纠结于此,假设是150亿个与非门。


那么,当今世界的总人数还不超过100亿,哪儿去找150亿个人来cosplay呢?你可以说,用老CPU,486/586时代就好 :) 但那样算力规模就下来了,可能还真不如一个人独立计算来得快了(个体的超复杂指令集)。


不过这属于前提,在结构逻辑上不致命,也许三体是超巨大星体 :) 可以假设存在巨量群体的cosplay可能性的。


有说是供电:)


其实不是,集成电路中的Cell其实属于被动元器件,需要额外的电源网络把能量从外部供给到每一个Cell,保证每个Cell都能获得健康的大约0.7v~1v持续电流。供电在芯片设计中是很麻烦的一环,特别是芯片规模变大后供电的电流急剧增加,然后工艺的密度上升后,供电密度也在增加,甚至于未来都开始搞背部供电了。


但是人体计算机呢,每个cell也就是人,属于主动元器件,或者说提前蓄能,早上吃饱饭,就能独立工作相当长的时间,所以,供电反而好解决。


有说是时钟 :)


没办法在这么大规模达成时钟的同步。


天啊,这位同学大概率是没做过STA,其实在大规模集成电路中,并不存在所谓的时钟同时到达所有cell的设计,一颗芯片的逻辑上的某个时钟沿,在相聚很远的两个Cell之间可能物理上相差的Delay是超过时钟周期的:)


所谓同步设计,为什么要有时钟,更多的是降低设计的复杂度,让逻辑设计能够基于cycle把Sequence的长度降低到人脑能够处理的范畴,当然,这相比异步设计,带来了额外的一个全Cell相连的时钟网络的负担。


人体计算机并没有展示他的时钟结构怎么实现,你一定要说心灵感应那我没辙,但那就不是人列计算机了啊。而以人作为复杂器件替代了传统电路中的简单器件,我有两个方案:1、用巨大的锣鼓,以可广阔扩散的声音作为全局同步的机制,当然,你要说声音衰减太大到不了这么大规模,那可以逐级中继嘛,真实电路的时钟也是可以随路扩散的。2、浪漫一点,用烟花,高空炸开的效果可以传递到地平线范围,每一个烟花运行一个Cycle,也符合中国文化的浪漫主义,更有磅礴和悲壮的味道。



无论战鼓或烟花,都可以增加不同的模式花样,传递运行、停止、单步调试等更丰富的全局或局部的同步信息。


但逻辑上,同步电路的时钟,解决起来也没有逻辑上的Bug。”



真正出问题的Bug是互联 :)


首先我们看人体计算机的基本结构,如下图,所谓与门:两个人都举“白灯”时,代表“出”的士兵才举“白灯”,其余情况他都举“红灯”。



问题是,传统的集成电路的互联是电互联,说白了所有的Cell都是瞎子,靠连接了电线,通过电刺激产生上图所示的反应。而人体计算机,按动画的显示,以红、白牌为1/0的信息,那么说明其信息的传递是通过视觉,也就是光互联。


光互联本身没什么问题,真正的集成电路中也有光互联这个技术路径,但可惜光的发生器和Silicon的电器件太不相容,而且也没有人体计算机那样可以借助恒星光源来反射。


但这里的逻辑bug是,电路的互联结构是非常复杂,如果把Cell摆放成横纵整齐的队列,简单讲,每个Cell都是2进1出,用数学思维稍一思考你就能发现其互联关系不可能局限与相邻的Cell之间的关系,大多数Cell都需要跨过若干Cell进行互联,而人列计算机通过光进行互联,也就是人与人之间需要视觉互联,但是无论是平面还是如下图的金字塔结构,都是违反视觉互联源自的,金字塔正面的人,绝无可能看到金字塔北门的人的out flag。



正确的逻辑,是向地下挖坑,通过深坑保证坑内的光互联的链接关系,即保证每一个人都尽可能地能够看到尽量多的人(可能的互联关系)。


是的,动画应该画成一个巨大的陨石坑 :) 或者至少说,每一个CPU Core一个大坑(我不是在黑CPU Core啊)



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