通用及图形处理器架构与系统

含金量这块直接拉满，数字方向的必吃榜榜首，老师讲得好还和善，不签到，你这还能攒出什么不选的理由？

### I. 课程内容 1. Introduction —— 开场先给你上强度前摇 2. ISA: 指令集架构，以 RISC-V 为例 —— CPU 界的普通话教程 3. Arthimetics: 处理器中的数据表示和运算电路 —— 数字在芯片里怎么掰头 4. Processor: RISC-V 五级流水线处理器设计 —— 主线任务，五级流水线搭积木 5. Memory Hierarchy: 存储元件和存储架构 —— 内存套娃金字塔 6. Parallel Processing: 并行处理器设计 —— 多核开趴 7. GPGPU: 通用 GPU 设计 1. GPGPU 架构概述 2. GPGPU 编程模型 3. ... (后续内容讲解较浅) —— 后面直接快进成科普频道 个人体验，重点主要在：ISA 指令集架构、五级流水线、Memory Hierachy。后面的并行处理器和 GPGPU 由于时间不够，所以讲解比较浅，比较类似科普。 ### II. 上课自由度 点名？只有开学第一课搞了次“认亲仪式”，老师原话是认识一下同学。之后签到系统直接放年假，再没响过。 ### III. 考核标准 | 内容 | 占比 | | --- | --- | | **平时作业 + 大作业** | 40% | | **期末考试** | 60% | - **平时作业**：每章后面从《Computer Organization and Design》(RISC-V Edition) 这本经典教材里抽卡，抽到啥做啥。 - **大作业**：拿 RTL 捏一个很简单的 RISC-V 处理器（单周期+五级流水线），再走一遍仿真验证+逻辑综合，相当于给 CPU 做体检加打包。 - **期末考试**：闭卷，没有选择题和判断题，基本都是简单题，以及少量计算题——没有蒙题乐园，纯拼手写。 ### IV. 授课质量 #### 4.1 授课质量 **极高**，我愿称之为大三下 **我**上过 的所有课里的**讲课质量天花板**，没有之一，就是景老师。之前的学长/学姐诚不欺我，**能学到很多东西**（计算机体系结构方面，以及 一点GPGPU的架构设计），属于往脑子里硬塞干货还让你觉得挺香。 而且个人感觉，**处理器架构设计的章节和 RISC-V 处理器设计的大作业**就是两台挖掘机，能从里面挖出很多数字 IC 架构设计方面的思考，比如： - ISA 如何帮你建立起对 CPU 架构的理解，以及如何从 CPU 架构的视角设计更好的 ISA——相当于先学说话再学写诗 - 如何在流水线中优雅地处理各种冒险的问题，代价又是什么？——流水线堵车时怎么优雅变道，过路费谁交 - 采用一种优化方案解决某一问题后，对架构的影响真的是正优化吗？架构的性能真的得到了提升？——别优化了个寂寞，结果把 CPU 送进 ICU 总的下来，收益匪浅，钱包没鼓但脑子鼓了。 景老师人也非常好，最后一节课给申请上台做大作业汇报的同学每人发了一本他本人写的《通用图形处理器设计 GPGPU 编程模型与架构原理》，属于知识带货，但带的是真货。 #### 4.2 大作业 大作业就是拿 RTL 实现一个很简单的 RISC-V 处理器（单周期+五级流水线），完成仿真验证+逻辑综合。难度不大，毕竟课上已经把 RISC-V 五级流水线 CPU 的架构嚼碎了喂给你，**对着电路写 RTL 非常轻松，不用自己在脑子里想时序想架构**，相当于照着菜谱炒饭。处理器的大作业可能是**我**大三下所有 lab 里相对比较简单的一个。VLSI/SoC 的**某些** Lab 实现起来的难度丝毫不亚于处理器（**当然，难度全部远小于数集课设**），至少体验**相对**比较糟糕，属于是同样一锅饭，有人吃出米其林，有人吃出工伤。 要求设计的 CPU 结构也十分简单，唯一的难点就是处理各种流水线冒险，没有复杂的乘除法电路以及总线，也不需要跑操作系统。但最后 pre 的时候有同学做了很多功能和很多扩展工作，给**我**吓懵了，然后我绝望地走上了讲台讲自己的工作——属于是拿着木剑进了神仙局。 大作业完全可以用 AI 写，想必下一届学弟学妹上这个课的时候 AI 已经非常非常强了，甚至十分钟之内帮你做完 RTL 设计+仿真+逻辑综合也是轻轻松松，快到像点了份外卖还附赠洗碗。但是真心建议想学数字方向的同学自己动手写一遍，至少**对于我个人**来说，这个过程中学会了不少**个人认为**有用的架构设计思想。**个人认为**大模型对于**学生**来说最好的角色还是一位老师，接受了“授业解惑”的功能，帮你分析问题来源、找出错误、陪伴你设计时序，而不是直接帮你做完所有的工作，这样**可能**显得有些无聊——就像你看别人替你打游戏，通关了也没爽感。 这里附上我的实现：https://github.com/SmlCoke/AeonCore.git, 仅供参考 #### 4.3 考试 至于考试，感觉今年考试也没有特别难，但是概念多得像超市小票，有很多**比较杂乱**的知识点，**记忆负载比较大**，脑容量直接报警。但其他比较重要的知识点，比如浮点数编码、指令发射的流水线时空图、流水线冒险的处理方式，都考得**还算容易**，属于复习到位就能拿捏。所以真正的麻烦是要背的东西很多，而且很杂，比如考试遇到了两个**本人**完全没复习过的东西： - 中断向量表。中断程序入口地址和中断向量的关系 - GPGPU Warp Scheduling，就是 PPT 里两级轮询调度那张图。 这是考试时给我留下的**印象极为深重**的两道题，刚发下试卷看到这两题我直接瞳孔地震，完全没复习过。但是其实 PPT 上都有，而且都只是考察概念理解，基本上属于只看**认真看了思考过就会写**——所以不是题狠，是我不熟。 --- 总的感受就是，**强烈建议**每个想学数字方向的课都去上一下这门课。其实只要期末好好复习，考试大部分题目都会做，那些细碎杂乱的知识点毕竟也都是简答题，无论如何多少都能写一点，胡诌也能蹭点分。相比能够学到的体系结构的知识点以及架构设计的思想，考试的难度真的不算什么，属于买椟还珠里那颗珠。

课程内容，说白了就是 CA、ISA 那套知识和 RISC-V CPU 怎么造，正片如上所述； 上课质量属于是站在菜市场门口喊一嗓子都有人回头的那种，跟隔壁贺老师一个段位，也就蔡老师那尊大佛能压一头；所以这门课要论真能往脑子里塞东西，五星我直接双手奉上，不带一点犹豫。 平常作业看着像清汤寡水，结果大作业（五级流水CPU）直接给你上强度，复杂度有点劝退； 考试也偏难，属于平时养生、期末渡劫的配置。 *** 最后甩个省流，给懒人一键三连： - VLSI 跟 处理器，是微电子专业数字方向最能打、最能镀金、最能学到真东西的两门课 - 如果你对 Computer Architecture 熟、或者一看就来劲，处理器，选它 - 如果你对数电那套基础理论（比特、字节、二进制运算、系统控制）熟到能闭眼默写，处理器，选它 - 如果你对 Verilog 心里没底、手有点抖，劝你放过处理器，也放过自己 （本人 3+3+2，两门都上了，鼠标都点冒烟了）

课程内容：处理器（详细）+GPGPU（简单），就是处理器往怀里塞，GPGPU轻轻摸一下头。 上课自由度：高，不点名不签到，甚至出勤分数没有占比，自由的像没人管你反正你也得活着。 考核标准：10%作业，40%大作业，50%考试——考试半壁江山，吓人吗？还好你说出来了我就不骂了。 授课质量：很高，老师讲得很详细，非常值得一听！但是呢，只是听课不够。 给老师的打分（要求同上）： 50%考试，给老师1分，考得非常抽象，这个课很多细碎知识点，真的很难。抽象到自己像去看行为艺术。 40%课程设置，给老师3分，授课质量很高，但希望平时可以穿插实验课而不是直接上来就写处理器。直接从蹒跚学步垂直进入马拉松。 10%平时，给老师5分，要求不多，自由度高。 50%*1+40%*3+10%*5=2.2，四舍五入2星。算术我不动，过程原封。

课程内容： 缩水版：计算机组成RISCV版 完整版：从计算机组成起跳，滑到RISCV指令组成，再接入流水线是怎么搭和设计的，顺手进储蓄结构和最后的GPU彩蛋，一整套内容拉满，绝不缺斤少两。 上课自由度：非常高，从头到尾没点过名 考核标准：10%作业+40%大作业+50%考试 授课质量：高，景老师的教学功力是硬的，课讲得质量也在线，然鹅我不推荐这门课，因为考卷它是真的难。另外实验就孤零零一个，上来就要你凭空造一条流水线，毫无前置实验垫步，难度踩着火箭往上升。最后那场期末更是全体入坑——老师此前放话说GPU和CUDA部分只考概念，谁能想到最后给整了个大题，基本全军覆没式阵亡。 总结：割舍不掉高学积分的慎重下手！！！不如扭头看隔壁VLSI，悄无声息没有考试，学积分等于被你亲手攥在掌心坐月子的待遇。最后上笑话收尾：同学们负责好好答完卷，至于老师出期末卷和大作业时的千层套路，学问可就深啦。