智能手机背后的功臣，专访图灵奖得主大卫·帕特森

他是谁

大卫·帕特森（David Patterson）和约翰·亨利斯（John Hennessy）凭借发明RISC处理器的贡献获得2017年图灵奖，以表彰他们在计算机体系结构的设计和评估方面开创了一套系统的、量化的方法，并对微处理器行业产生了深远的影响。同时也被誉为是体系结构领域的顶级宗师。

大卫·帕特森在2004年至2006年担任ACM主席，是美国国家工程院、美国国家科学院和美国艺术与科学学院三院院士。

与此同时，他与亨利斯教授合署的两本书《计算机架构：一种量化的途径》和《计算机的组织和设计：硬件软件界面》自1990年来就广泛用作研究生和本科生的课本，影响力巨大。

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几天前，帕特森教授宣布，他将与清华大学合作在中国深圳建设RISC-V国际开源实验室，这个实验室的定位，据宣称，是要致力于培养产业科学家和解决中国面临的世界级问题。媒体的解读则来得更加直接：他们要联手打造开源芯片。

去年冬天，在浙江乌镇世界互联网大会的相关论坛上，网易科技《科学大师》记者见到过帕特森教授，也聆听了他的演讲，当时他对媒体说，他在中国有带三位学生，中国学生和世界上最好的学生一样勤奋好学。

那之前，他在北京接受了中国合作方清华大学授予的名誉博士学位，他和中国合作的历史，至少可以追溯到2013年，清华大学校长邱勇在仪式上公开讲到，那一年他们合作的一门国际课程受众已达到19000人，对清华大学在计算机科学领域的发展及国际学术界影响力有推动和提升，邱勇希望双方在RISC-V开源处理器领域开展更多实质性合作。

帕特森当场回应说，他希望在新一代芯片技术上，清华和他所在的伯克利加州大学能携手合作。

所以，不久前宣布的合作消息，并不突如其来，只是在当前这个特别的节点和背景下，难免受到关注。

那么帕特森教授是一位怎样的人呢？网易科技《科学大师》记者对其背景进行了梳理。

2016年5月，68岁的帕特森教授决定退休了。加州伯克利大学给他举办了一个隆重的退休典礼，纪念他在计算机架构方面的40年学术生涯。

但他是一个从来不喜欢闲着的人。一个每次2天的自行车骑行慈善活动，从2006一直到2012年他都是最高贡献者；2013年，已过花甲之年的他参加了一项举重比赛，还打破了他那个年龄段成绩的加州记录。

“现在回过头来想，他不可能真的退休，我们只不过把那个晚会称作退休典礼而已。”典礼上的致辞者之一，也是Patterson的博士生，Mark Hill博士在采访中这样表示到。

所以与别人退休以后一般都去沙滩舒舒服服晒太阳相比，帕特森教授在退休两个月后，再次投身到研究中去，只不过这次换了个身份，——以杰出工程师身份加入Google Brain团队。

谷歌当时在开发一款新的芯片，要比当时市面上的处理器至少快10倍，而且还要能足够全面的搞定人工智能对复杂计算能力的要求。这让帕特森教授很心动。

这款芯片就是TPU，是Google自己开发的一款AI专用芯片，主要用于提高人工智能计算任务的执行效率，进而推动一个新时代的到来。

如今，TPU的威力已经为天下所知。谷歌声称TPU已经在全公司进行了大规模测试和应用。TPU不仅用在搜索命令的执行、地图和导航中，去年在首尔击败顶尖围棋选手李世石的AlphaGo也靠的是TPU。

而在谷歌公开了第一代TPU论文，在长达75位作者的名单中，帕特森教授排在第四。

不过这已经是后话，就在进入TPU项目组的第二年，帕特森教授和亨利斯教授就凭借发明RISC处理器的贡献获得2017年图灵奖，以表彰他们在计算机体系结构的设计和评估方面开创了一套系统的、量化的方法，并对RISC微处理器行业产生了深远的影响。

RISC，就是Hennessy和帕特森教授所提出的，全称是精简指令集计算机（reducedinstruction set computer）。这种微处理器与当时流行的复杂指令集计算机（CISC）不同的是，RISC只需要很小一组简单的基本指令，降低计算机的工作量，功耗更低。

比尔·盖茨称赞二人，说他们的贡献“已被证明是整个行业蓬勃发展的基础”。这是因为他们提出的方法统治了如今几乎全部微处理器，推动了美国硅图公司（Silicon Graphics）和美国太阳微系统公司（Sun Microsystems）等公司的发展，也为今天的智能手机产业铺平了道路。

要知道ARM的芯片设计就是基于早期RISC架构。ARM将这种设计授权给多家芯片厂商，而此类芯片几乎被用于所有智能手机。

因此有媒体报道称，“今天，全世界每年生产的超过160亿个微处理器中，有99%是RISC处理器，它们被用于几乎所有智能手机、平板电脑和数以亿计的嵌入式设备中，这些设备组成了物联网（IoT）。”

而随着时间的发展，另一种问题正在出现：ARM其技术虽有开放授权的政策，但是仍然需要花不少的资金购买。

据The Information报道，ARM的昂贵价格把Google、高通、三星等80多家科技公司推到了同一条战线上。它们正在合作开发新的开源芯片设计，这是一种完全开放的，允许任何人使用和改编其设计。

这个开源芯片设计名为RISC-V，其开发由非营利性基金会RISC-V Foundation主导。而帕特森正是RISC-VFoundation的董事会副主席。

虽然好战友兼好朋友亨利斯并没有对芯片设计的突破抱有太多期待，他认为无法达到像RISC一样推动通用处理器性能的程度。但帕特森说：“任何人都可以创建原型，这是一个计算机系统结构的黄金时代。”

今年4月份，帕特森教授又一次应邀来到中国，作为清华大学五道口金融学院的“科学企业家”项目课程教授，给企业家们授课，同时与媒体见面，接受了采访。

以下是采访实录，《科学大师》略有删减编辑：

我们和清华在开展许多激动人心的研发项目

问：今年3月揭晓的（2018年）图灵奖获得者做出的是机器深度学习领域的成就，您认为这方面存在哪些发展潜力？

帕特森：其实我也一直对图灵奖的评选非常关注，应该说三位奖项获得者都是卓越的科技研发人员，机器深度学习可以说是“我为人人，人人为我”，也是一场新的产业革命。

过去的十年我们已经看到许多APP能够比人更好地完成某项特定的工作，可以说经过数十年的研究，人工智能终于取得一些令人满意的成果，也有许多具备实用价值的产品，所以要感谢这些科技研发人员的贡献。我们看到新的科技正在改变世界，这是不可避免的趋势。

问：我们都知道集成电路是非常复杂、高精密度的产业，不过最近几年个人电脑、智能手机、物联网都有巨大的发展，未来半导体产业会朝着什么方向发展？

帕特森：很多人包括我自己关于这些新的产业发展趋势的看法可以概括为两个方面：首先是云，也就是遍布于世界各地的大型数据存储器，数以万计的个人电脑接入互联网，同时带来海量的信息和数据。其次是物联网设备，这些设备是小型化的，可以装入每个人的口袋。

以上两点是最令人兴奋的科技成果，而这两项成果都会用到硅这种材料，比如云的架设会需要更大的、性能更强的芯片，可能还会需要液态制冷系统，因为性能实在太过强劲，同时小型设备需要更小的芯片比如电池，降低成本是很重要的。清华-伯克利深圳学院以及国际资源实验室在这两方面都投入了大量研发资源，无论是云还是物联网设备的架设，我们都在开展许多激动人心的研发项目。

世界性能最强的电脑可能很快就会诞生

问：之前您在采访当中谈到新的计算机架构与编程语言黄金时代即将到来，未来这些方面会有哪些新的发展？

帕特森：晶体管产业每隔几年都会经历一次升级换代，性能也在变得越来越强，这也带动了全世界各个领域的创新成果诞生，有些创新成果是非常令人震惊的。因此目前来讲，提供最佳性能产品的最好方式就是计算机架构的革新，计算机架构就像建筑架构一样，把不同性能的组件进行整合。因此重要的是架构设计的革新，而非进行某个部分的革新。

问：最近几年人工智能已经成为人们讨论的焦点话题，有些人认为Google TPU是性能最强的，也有些人认为GPU具有更强的可塑性，您对这两种说法怎么看？

帕特森：目前普遍的看法是TPU具有很强的运算速度，不过GPU针对的是图像处理，目前主要作为人工智能应用。因为GPU就是为图像处理而发明的，只是恰巧碰上了机器学习的发展浪潮，不过GPU并不是专门用于机器学习的，五到十年前机器学习开始发展的时候，人们认为GPU可以作为机器学习的处理器使用。

TPU的设计完全是为了新一代硬件打造，也就更加适合用于机器学习，未来我们将会看到更多这种应用的案例。至于电脑设计师其实除了机器学习基本不会用到GPU，所以目前GPU还会应用一段时间，但我希望未来能够应用专为机器学习而设计的硬件，而非使用图像处理硬件。

问：有人说，RISC5可能会是未来芯片发展的基础，您认为RIST5目前存在哪些主要问题和挑战？

帕特森：应该说RISC5开创的是一种全新的环境架构，由于取消了针对公司的限制，可能会有很多公司参与具体设计当中，所以我们应该很快会看到通过RISC5打造的世界性能最强的电脑，因为通过这种环境里的竞争会把许多人的创新思维贡献出来，没有任何人为的限制和干预——比如谁只能从事哪方面的研究，应该说这是RIST5最大的优势。

RIST5相比此前的架构更加简化、更加灵活，其所具备的一些特征更加有利于销售，而非有利于科技研发，因此我想最大的优势就是没有限制，世界上的每个人都可以参与进来，让这个系统变得更好。

问：之前您提到RISC5可能会在物联网领域大有作为，您认为它的商业价值主要在哪里？

帕特森：首先是降低计算成本，没有费用和资质要求，其次是开放创新环境，RISC5可以容纳大量软件创新资源，包括新的加速器和技术指南，更加标准化和定制化，这些在今后的开发进程当中也会更加重要。

超级计算机领域的科研竞争，不存在敌对态势

问：目前世界各国正在超级计算机领域开展竞争，您怎么看？

帕特森：应该说电脑开发人员找到了一种很聪明的方法得到政府的支持，实际上这个领域并不存在什么敌对态势，最后双方应该能够获得双赢，如果对方拥有了比我更快的计算机，我就要提升我自己计算机的运算速度，这是一种很好的发展态势。

问：现在5G、人工智能、自动驾驶、语音识别等等新兴技术正在蓬勃发展，这是否意味着一个新的科技时代的到来？

帕特森：机器学习的根本仍然是机器，要想从事机器学习领域，首先需要拥有相应的机器。讽刺的是，虽然现在计算机领域的从业者都对此趋之若鹜，损失却比获利更大，原因可能就是时机不对。我们需要做的就是打造新的架构，然后推动这个领域加速发展。

5G和机器学习不同，虽然5G很有趣，但现在还不清楚未来针对5G会有怎样的应用。当然，如果我们未来开发出可以自动驾驶的汽车，目前全世界每年有上百万人死于车祸，这项新的技术每年可以拯救成千上万人的生命，而且这对计算机领域也会是巨大的贡献，通过将机器学习安装在交通工具当中，不再依赖于可能犯下酒驾或是疲劳驾驶这些致命错误的人来驾驶，这将会是巨大的成就。

问：用人单位和大学之间存在许多工作目标方面的分歧，据我所知，您在这两个领域都非常成功，有着二者合作方面丰富的经验，能否分享一下？

帕特森：在我职业生涯的早期阶段，就是刚加入伯克利的时候，我意识到能够接触到硅谷的很多资源，后来又发现目前企业面临的很多问题都可以作为大学非常有趣的研究课题，但是大学和企业二者很少沟通，所以通过企业自身的影响力，加上与企业沟通，大学可以发现企业存在的问题，然后选择最合适的资源解决这些问题。

直接跑去企业询问他们存在什么问题并不是个好主意，因为可能企业自己也不知道，企业对这方面并不在行，但通过与企业开展合作可以发现他们的需求，以及大学能够切入的点，然后形成一种令人愉快的合作关系。

另一方面，大学通过这种合作也可以培养出更多优秀的人才，通过不断解决企业存在的实际问题，学生可以结成小组开展研究，这是非常好的锻炼，而非一直研究那些自己都不知道是不是重要的问题。发现问题、了解原因、培养解决问题的人才，这些对大学和企业都是很重要的。

问：您是怎么看待现在的信息安全问题？

帕特森：作为安全领域的一个多年从业者，令人尴尬的是，目前安全状况很令人堪忧。

几年前的电脑有很多机制确保信息安全性，但那个时候很少有人使用电脑，因为价格非常昂贵，而现在的电脑又没有过去那么安全了，所以说状况才令人尴尬。

我们需要切实采取措施加强信息安全性，特别是在互联网时代每天都有大量新的设备产生，要是这些设备都不安全就太糟糕了，所以我们真的需要解决安全的问题，绝对不能再拖了。

让员工心情愉快，才能最大限度发掘他们的潜力

问：您可能也有听说，最近中国的许多软件企业正在推行“996工作制”。您对此怎么看？有没有什么想对这些程序员和软件企业说的？

帕特森：我觉得生活与工作的平衡状态是很重要的，每个人都想每天心情愉快，想让家人包括自己的子孙后代以自己为荣，因此需要做到工作和生活的平衡，实际上这种延长工作时间的机制并不能够带来员工的创新性。

就我个人来说，我很喜欢运动，每周都会踢两次足球比赛，而且我还会经常练习举重，所以我自己的快乐秘诀就是要经常锻炼身体。

而且自己要想快乐的话家人也应该快乐，美国人有句谚语叫做“老婆高兴，生活幸福”，同样也可以说“伴侣开心，家庭美满”。要是你的家人每天不高兴，很难想像你能保持高效率的工作状态，如果你总是不能陪在家人身边，家人会感到很难过。我自己从上任第一天开始就把自己的家人放在第一位，我的孩子成长的过程当中我也一直陪在他们身边，我有两个儿子，其中一个外号叫做“印度小子”，我还客串他们的足球教练，陪伴家人是很重要的，你不会想要在孩子长大之后自己对他们好像陌生人一样。

作为企业管理者，最重要的职能就是最大限度地发掘员工的潜力，如果员工每天都是快乐的状态，潜力将会得到最好的激发。

本文综述部分资料使用的来源：

《Meet the 69-year-old professor who left retirement tohelp lead one of Google’s most crucial projects》

《DavidPatterson Says It’s Time for New Computer Architectures and Software Languages》

http://archive.computerhistory.org/resources/access/text/2012/04/102658154-05-01-acc.pdf

《2017图灵奖揭晓：两位大神携手获奖，Google成最大“赢家”》

《2017图灵奖揭晓：你能用上智能手机要感谢这二位》

《对RISC做出巨大贡献，芯片专家John Henenssy和David Patterson被授予图灵奖》

清华大学新闻网及浙江在线等。