圣母Lynn Conway：打通 VLSI設(shè)計(jì)學(xué)任督二脈

琳·康維（Lynn Conway），是超大規(guī)模集成電路（VLSI）設(shè)計(jì)學(xué)先驅(qū)，在《VLSI 系統(tǒng)導(dǎo)論 Introduction to VLSI Systems》一書中，提出了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法和用 CAD 幫助設(shè)計(jì)，打通了 VLSI 設(shè)計(jì)學(xué)的任督二脈 ，讓 IC 設(shè)計(jì)開始變得輕松。

成功的變性女人

Lynn，1938 年 1 月 2 日出生；1963 年哥倫比亞大學(xué)碩士畢業(yè)；1968 年提出了在超級(jí)計(jì)算機(jī)每個(gè)機(jī)器循環(huán)周期發(fā)布多重?zé)o序指令的有效方法，該方法涉及數(shù)學(xué)、微體系結(jié)構(gòu)、邏輯、電路級(jí)，這就是動(dòng)態(tài)指令調(diào)度（DIS，dynamic instruction scheduling），DIS 讓超級(jí)計(jì)算機(jī)誕生成為可能；1980 年和 California Institute of Technology（加州理工學(xué)院）教授 Carver Mead 合著的《Introduction to VLSI System》出版，提出創(chuàng)新可擴(kuò)展的 MOS 設(shè)計(jì)規(guī)則和高度簡化的硅芯片設(shè)計(jì)方法，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員揭開了芯片設(shè)計(jì)過程的神秘面紗，促進(jìn)了硅谷初創(chuàng)設(shè)計(jì)公司和 EDA 公司的發(fā)展。《Introduction to VLSI System》成為世界各個(gè)大學(xué)的教材。美國國防部也啟動(dòng)了一個(gè)重要的新項(xiàng)目 MOSIS，開始基于 Lynn 工作成果的研究。許多新興公司也著手孵化并將 MOSIS 商業(yè)化。
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Lynn 憑借輝煌的成就，于 1985 年當(dāng)選 IEEE Fellow；1989 年當(dāng)選美國國家工程院院士。1990 年榮獲美國女工程師協(xié)會(huì)國家成就獎(jiǎng)、1998 年榮獲三一學(xué)院名譽(yù)博士學(xué)位、2009 年榮獲 IEEE 計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)計(jì)算機(jī)先鋒獎(jiǎng)
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這一切都源于大家不知道她是一個(gè)變性女人。如果要知道她是一個(gè)變性的女人，不知她是否還能取得如此成就。
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生活和教育
Lynn 出生于紐約，不過那時(shí)她不叫 Lynn Conway，那時(shí)她還是一名男生。盡管經(jīng)歷過性別煩躁，但受科學(xué)家父親的影響，但 Lynn 從小對(duì)天文學(xué)著迷，并親手建造了一個(gè) 150 毫米的反射鏡望遠(yuǎn)鏡；高中時(shí)，Lynn 在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面表現(xiàn)出色。1955 年以高分考入麻省理工（MIT）。
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Lynn 不甘心以男孩的身份成長，在 1957 年決定進(jìn)行變性手術(shù)，但由于當(dāng)時(shí)的醫(yī)療環(huán)境和社會(huì)環(huán)境，Lynn 的變性失敗，也被迫離開了學(xué)校。1958 年在哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院恢復(fù)學(xué)業(yè)，分別于 1962 年、1963 年獲得電子工程學(xué)士和碩士學(xué)位。
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第一次變性手術(shù)失敗后，Lynn 沒有放棄，經(jīng)過年復(fù)一年的四處求醫(yī)問藥，終于在 1966 年找到了 Harry Benjamin 醫(yī)生，并從 1967 年開始接受醫(yī)學(xué)治療，成為世界上最早接受荷爾蒙治療及性別重塑手術(shù)的變性女人之一。此時(shí) Lynn 在 IBM 工作并參與了 ACS 項(xiàng)目，并提出了 DIS 方法，但由于要做變性手術(shù) ，慘遭 IBM 解雇。
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琳失去的不只是工作、事業(yè)和專業(yè)聲望，還有家人、親友和同事。她獨(dú)自面對(duì)令人恐懼的未來，離開妻子和兩個(gè)孩子，孤身一人前往國外手術(shù)。在這個(gè)冷漠的世界上，除了醫(yī)生，沒有任何人給她幫助。
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手術(shù)后，改名換姓的 Lynn，變得非?？鞓?，渾身充滿了活力和希望，獨(dú)自一人進(jìn)入新環(huán)境、結(jié)交新朋友。從一個(gè)程序員重新起步，生活充滿希望。1971 年進(jìn)入 Memorex，負(fù)責(zé) Memorex 30（MRX30）的 CPU 體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)；1973 年進(jìn)入施樂，負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個(gè)復(fù)合的 OCR/FAX 系統(tǒng)。這兩個(gè)新工作讓 Lynn 獲得了經(jīng)驗(yàn)，也在 VLSI 取得了巨大成就。
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1987 年，Lynn 認(rèn)識(shí)了她現(xiàn)在的丈夫 Charlie，很快開始共同生活，并于 2002 年結(jié)婚。
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婚后，Lynn 一直從事著幫助變性人的事業(yè)，并建立了專業(yè)的網(wǎng)站。
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三個(gè)“失敗”項(xiàng)目?
IBM ACS-1：在大學(xué)時(shí)，Lynn 就在 IBM 參與了研究工作，畢業(yè)后，順利進(jìn)入了位于紐約 Yorktown Heights 的 IBM T. J. Watson 研究中心，1965 年開始參與 IBM 高度保密的超級(jí)計(jì)算機(jī)項(xiàng)目（Advanced Computing Systems，ACS），雖然 ACS 項(xiàng)目失敗，被 IBM SYSTEM 系列取代，但是 Lynn 提出了在超級(jí)計(jì)算機(jī)每個(gè)機(jī)器循環(huán)周期發(fā)布多重?zé)o序指令的有效方法，該方法涉及數(shù)學(xué)、微體系結(jié)構(gòu)、邏輯、電路級(jí)，這就是動(dòng)態(tài)指令調(diào)度（DIS，dynamic instruction scheduling），DIS 讓超級(jí)計(jì)算機(jī)誕生成為可能。
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MRX30：1971 年，Lynn 加入 Memorex，負(fù)責(zé) Memorex 30（MRX30）的 CPU 體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，MRX30 的市場競爭對(duì)手是 IBM System 3。Lynn 設(shè)計(jì)了一款 TTL 電路，并使用 DIS 方法構(gòu)建了寄存器傳輸級(jí)別模擬器，得以協(xié)調(diào)總體設(shè)計(jì)工作，并于 1972 年勝利推出 MRX30 的原型機(jī) Memorex 7100。就在原型機(jī)推出后，作為 IBM 壟斷市場價(jià)格的受害者，Memorex 被迫放棄進(jìn)入計(jì)算機(jī)市場。
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MRX30 項(xiàng)目取消后，此時(shí)的 Lynn 欲器無淚，IBM 不僅解雇了她，還淘汰了許多讓她獲得生活保障的競爭對(duì)手。
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就在此時(shí)，她獲得了兩個(gè)極佳的工作機(jī)會(huì)，一個(gè)是仙童半導(dǎo)體的微處理架構(gòu)師，一個(gè)是施樂位于帕洛阿圖的研究工作。Lynn 在回憶錄寫道：仙童似乎是個(gè)巨大的機(jī)會(huì)，但我對(duì) MOS 電路一無所知，而且還對(duì)自己一個(gè)女性進(jìn)行以男子漢著稱的半導(dǎo)體行業(yè)心存疑慮。而施樂正在進(jìn)行通過創(chuàng)建交互式個(gè)人計(jì)算機(jī)和相關(guān)存儲(chǔ)設(shè)備、掃描儀、復(fù)印機(jī)、激光打印機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信的新世界來徹底改變計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)。
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Sierra：加入施樂后，Lynn 負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個(gè)復(fù)合的 OCR/FAX 系統(tǒng)，就是有名的 Sierra 項(xiàng)目。Lynn 在 TTL 設(shè)計(jì)上花費(fèi)了兩年的時(shí)間，進(jìn)行字符識(shí)別算法、體系結(jié)構(gòu)、邏輯和新型圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于功能多，性能高，使得 Xerox Sierra 原型機(jī)的造價(jià)非常高，導(dǎo)致 1975 年項(xiàng)目取消。
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VLSI 革命
就在 MRX30 項(xiàng)目取消的同時(shí)，英特爾推出了 4004 和 8008，引發(fā) Lynn 極大的興趣。但也給 Lynn 帶來極大的困惑。計(jì)算機(jī)架構(gòu)師是否必須了解 MOS 電路和器件，芯片設(shè)計(jì)人員是否要有必要了解計(jì)算機(jī)架構(gòu)？這讓 Lynn 有了更多的創(chuàng)新。而 Sierra 項(xiàng)目的經(jīng)歷，更是讓 Lynn 獲得了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
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1970 年代中期，集成電路的發(fā)展陷入了困境中：正如摩爾定律所預(yù)言，到 1970 年代末，一片集成電路要集成 30000 枚晶體管。當(dāng)時(shí)，無論是學(xué)術(shù)界，還是工業(yè)界都缺乏設(shè)計(jì)如此大規(guī)模的集成電路的能力。
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而隨著集成電路的發(fā)展，晶體管變得廉價(jià)而快速，成為計(jì)算瓶頸的是晶體管之間的鏈接，因而芯片上的晶體管布局變得尤為關(guān)鍵。
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Sierra 項(xiàng)目取消后，施樂建立了 LSI 研究部門，以探索 LSI 的設(shè)計(jì)方法和工具，鑒于 Lynn 的表現(xiàn)，成為了 LSI 研究部門經(jīng)理。幸運(yùn)的是，此時(shí) Lynn 結(jié)識(shí)了加州理工（California Institute of Technology，Caltech）教授 Carver Mead。
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Carver Mead 在加州理工畢業(yè)后，就一直留校教書和從事研究工作，他是超大規(guī)模集成電路（VLSI）的祖師爺，是摩爾定律的命名者，同時(shí)發(fā)明了神經(jīng)形態(tài)工程學(xué)，稱為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算機(jī)之父。在加州理工是學(xué)生心目中的神。
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英特爾成立時(shí)，Mead 擔(dān)任其顧問，開始在加州理工講授有關(guān)當(dāng)時(shí)英特爾的 MOS-LSI 電路和布局設(shè)計(jì)方法的課程，包括新型英特爾微處理器中實(shí)際使用的設(shè)計(jì) ALU 設(shè)計(jì)等。當(dāng)時(shí) Mead 的課程在美國是獨(dú)一無二的，并且可以使用英特爾的生產(chǎn)線來生產(chǎn)他和學(xué)生的作品。
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當(dāng)時(shí)雙方建立聯(lián)系后，Mead 對(duì)施樂 PARC 當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)環(huán)境非常贊賞，而 Lynn 對(duì) Mead 也是無比崇拜。1976 年，施樂 PARC 和加州理工建立聯(lián)合半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室，利用施樂 PARC 的設(shè)計(jì)環(huán)境和 Mead 的經(jīng)驗(yàn)，來實(shí)現(xiàn)更快速的電路。
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當(dāng)時(shí)，所有的芯片都是通過手工來完成，而要完成數(shù)萬、數(shù)十萬以至現(xiàn)在的數(shù)十億晶體管要通過手工來完成，不知集成電路會(huì)是什么樣。
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Lynn 和 Mead 在合作中發(fā)現(xiàn)，芯片大部分面積不是被晶體管占有，而是被各種連接線所占用，都被占用，如何通過改變布線一定要實(shí)現(xiàn)更大面積的布滿晶體管，成為關(guān)鍵。這時(shí)強(qiáng)大的 PARC 計(jì)算能力發(fā)揮了作用。
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Lynn 和 Mead 開創(chuàng)性提出 VLSI 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法就是，利用現(xiàn)代化的 CAD 技術(shù)，由版圖設(shè)計(jì)工程師從每個(gè)半導(dǎo)體器件的圖形、尺寸開始設(shè)計(jì)和優(yōu)化，直至整個(gè)版圖的布局和布線，以便讓每個(gè)器件 以及內(nèi)連線安排的最緊湊、最合適，從而得以最大化的利用芯片面積。說到底就是讓對(duì)于沒有集成電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來說也可以輕易完成，直到把系統(tǒng)級(jí)結(jié)構(gòu)和器件級(jí)制造融為一體。
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這一方法被完整的寫在了由 Lynn Conway 和 Carver Mead 合著的、1980 年出版的《VLSI 系統(tǒng)導(dǎo)論 Introduction to VLSI Systems》一書中。該書一問世，立即引起了集成電路界的關(guān)注，全球各個(gè)大學(xué)把它奉為圭臬。

至今 40 年來，在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法引導(dǎo)下，在不斷改進(jìn)的半導(dǎo)體工藝技術(shù)以及產(chǎn)品市場壓力之下，設(shè)計(jì)更復(fù)雜的、高性能的電子器件需要將模擬和數(shù)字兩個(gè)集成電路世界結(jié)合起來，從而形成一個(gè)新的集成電路范疇，那就是數(shù)模混合信號(hào)芯片。

Lynn 的另一個(gè)成就是創(chuàng)新了基于互聯(lián)網(wǎng)的快速芯片原型開發(fā)基礎(chǔ)架構(gòu)，該架構(gòu)得到 DARPA 支持，并被 DARPA 稱為“MOSIS”系統(tǒng)，該架構(gòu)從 1981 年開始運(yùn)行，在當(dāng)時(shí)支持了數(shù)千種芯片設(shè)計(jì)的快速開發(fā)，并在 1980 年代導(dǎo)致了許多硅谷初創(chuàng)企業(yè)的誕生。MOSIS 至今還在運(yùn)行中。MOSIS 在當(dāng)時(shí)就是一個(gè)芯片設(shè)計(jì)孵化器。
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后記
1985 年幫助 DARPA 運(yùn)行 MOSIS 兩年后，Lynn 加入密西根大學(xué)（University of Michigan）擔(dān)任 EECS 教授和工程學(xué)院副院長，繼續(xù)奉獻(xiàn)她的設(shè)計(jì)方法，直到 1998 年退休。1987 年 Lynn 邂逅了她現(xiàn)在的丈夫 Charlie，她們于 2002 年結(jié)婚（就在那時(shí)，國內(nèi)很多人都稱 Lynn 和 Mead 為夫婦）。
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在 2012 年，IEEE 在《固態(tài)電路》雜志的特刊中發(fā)布了 Lynn 的“ VLSI 回憶錄”。

Lynn 的 VLSI 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法使得如今包含數(shù)十億顆晶體管的處理器能被制造出來，未來總是有希望的。

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2008 年 10 月攝于麻省理工

退休后，Lynn 成為了有影響力的跨性別活動(dòng)家，投入到跨性別者獲得平等權(quán)利的運(yùn)動(dòng)中。