如何理解华为独创的芯片“逻辑折叠”?

    假设:一栋200层的楼,只有一部“单人单向瞬回”电梯。单人:一次只能坐一个人。单向:只能从1楼往200楼,不下行。瞬回:这个人到达200层下来以后,电梯轿厢瞬间回到1楼起点,不需要等待。

   为什么要加“瞬回”这个现实中不存在的假设?因为我们要类比电路中的信号传输:当一个信号到达终点后,下一个信号可以即刻从起点出发,电路不需要“准备时间”——上一信号用完,下一信号马上就能用,这才是真实的电路环境逻辑。

    演习开始:不折叠的情况

    第1个人:0秒上电梯,每层1秒,200秒后到达200层。电梯瞬回。

    第2个人:200秒上电梯,400秒到达。

    第3个人:400秒上,600秒到达。

    第4个人:600秒上,800秒到达。

    问:4个人都到200层需要多少秒?答案:200秒 × 4 = 800秒。效率很低,因为一次只有一个人在用整条垂直链路,其他人必须排队。

    逻辑折叠来了:把电梯改成4段接力:1号电梯:1–50层;2号电梯:51–100层;3号电梯:101–150层;4号电梯:151–200层。每段电梯也是“单人单向瞬回”。换梯时间忽略不计(假设你下电梯的瞬间就能进入下一部电梯)。一个人从1层到200层需要多长时间?还是200秒(4段×50秒)。多人接力:效率完全不一样

    第1个人:0秒上1号梯,50秒到50层,换乘2号梯。此时1号梯瞬回,可以给第2个人用。

    第2个人:不用等200秒,只需要等50秒,就能在50秒时上1号梯。

    第3个人:100秒时上1号梯。

    第4个人:150秒时上1号梯。

    跟踪一下时间线:

    0–50秒:第1人在1号梯

    50–100秒:第1人在2号梯,第2人在1号梯

    100–150秒:第1人在3号梯,第2人在2号梯,第3人在1号梯

    150–200秒:第1人在4号梯,第2人在3号梯,第3人在2号梯,第4人在1号梯

    200秒时:第1人到达顶层

    250秒时:第2人到达

    300秒时:第3人到达

    350秒时:第4人到达

    4个人全部到达只用了350秒,而原来不折叠需要800秒。

    对比:不折叠:4个人→800秒;逻辑折叠(4段)→350秒

    速度提升非常明显。虽然每个人自己还是花了200秒,但系统整体吞吐量大大提高——就像从单车道变成了多段流水线,同时有4个人在不同的段里前进。

    回到实际电路。200层芯片叠层=200层楼。一个信号从底层传到顶层=一个人从1楼到200楼。不折叠时:整条链路被一个信号独占,后面的信号只能等它完全走完才能开始→效率低。逻辑折叠:把200层分成50层一段。当第一个信号走到51层时,第二个信号已经可以在第1-50层的那段电路上开始跑了。这样,多个信号在时间上重叠传输,总吞吐量成倍提高。

    这就叫“逻辑折叠”——把一条长路径在时间上折叠成多段流水,用空间换时间,用接力换吞吐,本质就是芯片多层链路的流水线并行技术。

    【详摘自张弛的博客】