这是一个关于我们这个时代最重要、也最不可思议的发明的故事。它就在你的口袋里，在你的桌子上，甚至在你的汽车里，但它背后的故事，却是一个关于悖论和天才的传奇。

故事的开头，是一个几乎无法解开的谜题，一个经典的“先有鸡还是先有蛋”的难题。

我们这个世界的基石是微小的芯片，那些比指甲盖还小的硅片。我们用什么来设计这些芯片呢？答案很简单：我们用电脑。

但是，电脑的核心是什么呢？是中央处理器，是内存。而它们，恰恰就是由芯片构成的。

这一下，我们就掉进了一个完美的逻辑怪圈。

如果说，是先有芯片，那么在第一台电脑出现之前，人们是怎么设计出如此复杂的芯片的？难道是用纸和笔吗？今天一个主流的处理器里，可能封装了数千亿个晶体管。如果我们把每一个晶体管想象成一个很小的汉字，那么把它们全部画下来，需要的纸张堆叠起来的高度，恐怕要捅破云霄。这显然不是一个可行的方案。

那么，反过来说，是先有电脑？这也不对。如果你把一台电脑主板上的芯片一颗一颗地抠下来，那剩下的只是一堆无用的塑料和金属。难道我们要退回到那个由巨大、发热的真空管组成的“史前巨兽”计算机的时代，去设计小巧玲珑的现代芯片吗？在那个时代，一台机器要花上超过24小时的时间，才能勉强预测出24小时后的天气。用这样的算力去设计一个拥有几十亿个部件的微观迷宫，无异于痴人说梦。

这个悖论，就像一幅著名的素描：两只手各自握着一支笔，彼此描画着对方。你永远也说不清，到底是哪只手先画出了另一只手。

那么，这个“芯片与电脑”的悖论，到底是怎么被打破的呢？

答案是，这个悖论根本不是被“打破”的，而是被“绕过”的。我们并没有在某一个清晨突然造出完美的电脑或完美的芯片。相反，我们是踏上了一条长达半个多世纪的、缓慢而精巧的“自我进化”之路。

一切的开始，都源于一只颤颤巍巍的、用手工绘制的“芯片之手”。它很粗糙，很原始，但它毕竟出现了。这只手造出了第一台简陋的“计算机之手”。紧接着，这只“计算机之手”开始反过来描画一只更精细、更强大的“芯片之手”。然后，新的“芯片之手”又造出了更强大的“计算机之手”。

就这样，两只手彼此描画，彼此成就，形成了一个持续加速的良性循环。

这个循环的动力，来自一个我们这个时代最伟大的，也最容易被忽视的趋势：抽象。

这是一个关于人类如何一步一步地从繁琐的体力劳动中解放出来，把设计芯片这件事，从“体力活”变成“脑力活”，再从“脑力活”变成“艺术创作”。

5美元的赌注与“香料”的诞生

时间回到上世纪60年代。那是一个芯片设计还属于“手工业”的时代。

当时的电路非常简单，一个放大器里可能还不到10个晶体管。对于那个时代的设计师来说，设计电路靠的是什么？靠的是经验、直觉，以及一张纸和一支笔。他们会在信封的背面，龙飞凤舞地推导出一堆公式，然后自信地宣布：“成了！”

在那个时候，“用电脑”这个想法本身就很可笑。电脑是那些价值连城、占据整个房间的庞然大物，只有极少数的超级公司才用得起。对学校的教授和普通的小公司来说，用电脑去辅助计算一个只有几个晶体管的电路，好比用大炮去打一只蚊子。

然而，时代在悄悄地变化。

1966年，在美国费城的一次行业年会上，一位毕业生找到了他德高望重的教授。这位毕业生抱怨说，他自己设计的一个模拟放大器电路，工作起来极不稳定。他认为，问题出在学校教的手工分析方法上。那些方法太简单了，忽略了很多微小的物理效应，导致了严重的误差。

教授听完，自然是不以为然。他觉得这个毕业生的计算能力不行，设计电路这点小事，怎么可能需要那么复杂的计算？“一张信封的背面就足够了。”

两人争执不下，于是打了一个赌，赌注：5美元。

教授带着这个毕业生的电路设计回到了学校。他把问题交给了自己的一个学生，两人开始在纸上演算。令人尴尬的事情发生了：他们来来回回地讨论了整整三个月，最终发现，那个毕业生是对的。手工计算确实过于简单，误差是真实存在的。

教授很干脆地承认了自己的失误，给毕业生寄去了一张5美元的支票。

但这件事，却像一根刺，深深地扎在了教授的心里。连一个不到10个晶体管的电路都这么麻烦，那么未来呢？到了60年代后期，一块芯片上的元件数量已经达到了数百个。手工计算变得越来越耗时，而且错漏百出。

工程师们想出了一个临时的替代办法：在一种插满小孔的“面包板”上，用手把真实的元件一个一个插上去，搭建出一个物理电路来验证计算结果。但如果电路再复杂一点，这种方法同样会让人崩溃。

与此同时，一个有趣的现象发生了：虽然芯片规模的增大让手工计算难以为继，但反过来，这些更大容量的芯片，也让计算机的分析能力变得更强了。

那只“芯片之手”正在变得越来越精巧。现在，是时候让它来帮助描画那只“计算机之手”了。

那位输掉了5美元的教授，在60年代末下定了一个决心：他要开发一个通用的计算机分析仿真程序。他希望这个程序能算出电路中任何一个地方的电压和电流，能预测它们随时间的变化，甚至能分析噪声和频率响应。

这在当时是一个艰巨的任务。电路中的每一个节点，都需要至少一个方程来描述。随着电路规模的扩大，计算机需要求解的方程数量会急剧增加。

恰好在1969年，一位曾在半导体公司开发过电路分析软件的校友回到了这所大学任教。他想开设一门关于电路分析的新课。但他觉得，与其让学生们在台下昏昏欲睡地听讲，不如让他们一边做、一边学，真正搞出一个研究项目。

他对学生们说：“你们的项目成果，将由系主任（就是那位输了5美元的教授）来评判。如果他喜欢，你们每个人都能得A。否则，你们都得再考一次口试！”

这个“威胁”显然很有效。学生全身心地投入了进来。

他们面对的条件极其艰苦。他们使用的是一台老式的CDC 6400电脑，用打孔的卡纸带来输入数据。在白天，他们能使用的内存大小，小到令人发指。用其中一位学生的话来说，这就像是“把46码的大脚，硬塞进一只婴儿的拖鞋里。”

学期结束时，学生们推出了他们的成果：一个包含了6000多行代码的电路分析程序。为了解决庞大的计算量，他们使用了一种“稀疏矩阵算法”，这是一种数学上的小技巧，却一举将求解速度提高了数百到数千倍！

这个看起来粗糙的课堂项目，已经初步具备了一个现代电路仿真器的大部分功能。而且，他们非常聪明地使用了当时流行的Fortran语言编程，这意味着这个程序几乎不需要修改，就能在其他型号的计算机上运行。

当学生代表向那位系主任汇报成果时，教授发自内心地给予了肯定。所有七位学生，都拿到了A。

这个项目，有了一个不太吉利的名字，叫做CANCER（癌症）。它很快成了这所大学里本科生和研究生的电路仿真工具。

不久后，那位开设课程的教授打算离开大学，重新回到工业界。他把这个项目的后续开发，委托给了那位系主任。

这时，两人之间出现了一个小小的分歧。那位教授认为，这个软件是学校开发的，公司可以使用，但应该支付费用，来支持后续的开发。

而那位系主任，那位曾经输掉5美元的教授，却坚持了一个在当时看来有些“天真”的想法：开源。

他觉得，向学术界和工业界的研究者们无偿地分享成果，一直是半导体产业能够持续发展的关键。

最终，两人达成了一个妥协：系主任找人重写这个程序，以区别于现有的版本，然后，将其开源。

这个改写的任务，落到了当年那个学生代表的头上。他现在已经是硕士研究生了。他做的第一件事，就是改掉那个不吉利的名字。他想到了一个令人过目不忘的新名字：SPICE。这个词本身的意思是“香料”。

1973年，第一个开源的电路仿真程序“香料”正式发布了。

它的影响力是爆炸性的。一开始，只是大学生们用它来完成课程设计。很快，它普及到了其他的学校。由于它是开源并且免费的，那些学生毕业后，会向学校要一个免费的副本，带到自己的工作单位去继续使用。

就这样，SPICE在整个工业界迅速推广开来。教授的开源计划，大获全胜。到了1981年，它甚至变成了美国的国家工业标准！

SPICE的诞生，是芯片设计史上的第一个里程碑。它标志着第一次伟大的“抽象”的完成。

为了让仿真更准确，那位教授又推动系里的其他同事，开发出了“器件模型”——这是一种用数学来描述晶体管行为的工具。

有了这个模型，电路设计者就不再需要去理解晶体管内部复杂的量子物理了。他们只需要专注于电路的连接和逻辑。

“电路设计师”和“器件工程师”从此实现了分工。设计芯片的门槛，大大降低了。

手工计算的时代，那个“信封背面”的时代，彻底结束了。电脑，这只刚刚被画出来的手，第一次开始有力地辅助人类，设计更复杂的芯片。

然而，一个新的瓶颈，几乎在同时出现了。

“玩具”与“乐高”法则

SPICE解决了“算”的问题，但它没有解决“画”的问题。

在上世纪70年代初，设计芯片最费力、最耗时、也最容易出错的环节，是“版图绘制”。

如果说电路原理图是房子的草图，那么版图就是详细的施工图纸。原理图只关心“谁和谁连着”，而版图必须包含所有的细节：每一个晶体管的精确尺寸、它们之间的间距、每一根金属线的宽度……

在那个时代，这项工作，依然是靠手工完成的。设计师们伏在巨大的绘图纸上，用各种颜色的笔，小心翼翼地画出比迷宫还要复杂一万倍的图案。画完之后，还要铺在桌子上，一条线一条线地去检查，确保万无一失。因为只要有一处画错，整颗芯片就会报废。

然后，他们用美工刀，把一层薄薄的红色透明膜切割下来，拿去拍照，按比例缩小几百倍，制成玻璃上的“掩模版”。这就是“流片”（Tape-out）这个词的由来——设计好的版图被保存在磁带（Tape）里，然后拿（out）去生产。

随着芯片上的元件数量从几百个激增到几千个、几万个，这种手工绘制的方法，显然也走到了尽头。

人们自然而然地想到了计算机。一些公司抓住了这个“痛点”，推出了专门用于辅助设计的“图形工作站”。它们配备了昂贵的大内存和专门的图形处理器，让设计师可以直接在电脑屏幕上“画”版图。

但问题是，这并没有从根本上解决问题。它只是把“纸和笔”换成了“屏幕和鼠标”。设计师仍然需要手动在电脑上绘制出每一个微小的细节。绘制一个电路，往往还是需要几个月的时间。

到了1975年，芯片上的元件数量突破了一万个。几年后，我们将进入“超大规模集成电路”（VLSI）的时代。

一位来自加州理工学院的教授，最早意识到了这个迫在眉睫的危机。他发现，芯片的设计时间，正在随着元件数量的翻倍而不断地翻倍。照这个趋势下去，芯片规模的增长，很快就会因为“设计瓶颈”而陷入停滞。

我们迫切地需要一种“自动”绘制版图的方法。

这位教授所在的学院，当时刚刚成立了计算机学院。他被院长招至麾下。巧合的是，院长的兄弟，在一家传奇的西海岸研究中心担任研发主管。这个研究中心，就是那个发明了图形交互界面和鼠标的地方。

1976年，在这对兄弟的牵线下，加州理工学院和这家研究中心组建了一个联合团队，试图解决VLSI的设计难题。研究中心派出了一位才华横溢的研究员，加入了这个团队。

这位研究员发现，当时半导体公司在版图设计中的规则和限制，多到令人发指。比如，两根走线之间的间距必须是多少，某根金属线的宽度必须是多少……所有的规则加起来，能写满整整40页纸！

当时的计算机，根本没有办法同时检查和处理这么多复杂的规则。

就在团队一筹莫展之际，这位研究员突然灵光一闪。

她想起了自己的童年。她小时候喜欢收听伦敦的电台。广播里传来的空袭警报声和爆炸声，让她有一种身临其境的感觉。她知道，无线电波经过调制后变得非常复杂，但是一台小小的收音机，只需要几个简单的元件，就能把电波解调并还原出来。这种“极简”的结构，给她留下了深刻的印象。

她恍然大悟：解决复杂版图设计的关键，不是去迎合那40页的规则，而是要发明一套“极简”的规则！

如何实现“极简”呢？

她想到了乐高积木。乐高积木为什么可以千变万化，却又彼此兼容？因为它所有的尺寸，都是一个基本单位（0.8毫米）的整数倍。

她的思路清晰了起来：她要设计一套适用于所有半导体公司的“乐高规则”！

但这里还有一个问题。乐高积木的尺寸是永远不变的。而芯片的工艺每隔两年就要升级，所有的尺寸都会按比例缩小。以前定好的数值，很快就会被推翻。

所以，她需要找到一个“变量”，一个能够跟随工艺的变化而自动变化的量。

这个量会是什么呢？

答案呼之欲出：晶体管尺寸中最关键的量，不就是那个最小的线宽吗？它本身就是随着工艺升级而变化的。

这位研究员兴奋地意识到，她只需要将这个最小线宽的一半，规定为版图的最小尺寸单位！她将这个数值，记作希腊字母 λ（Lambda）。

魔法发生了。

只要一家工厂确定了它的工艺尺寸（比如最小线宽是1微米），那么 λ 的数值就自动确定为0.5微米。然后，版图中所有的设计规则，都变成了 λ 的整数倍。例如：一根金属线的宽度必须是 3λ，两根线之间的间距必须是 2λ……

未来，当工艺演进到下一代，最小线宽缩小了，λ 的数值也会自动跟着缩小。而那套“3λ宽、2λ间距”的规则，完全不需要改变，设计图纸可以自动按比例缩小并直接使用！

这是一条简化到不能再简单的规则，却能覆盖所有的情况。

当这位研究员在会议室的白板上写下这条“λ设计规则”时，那位加州理工的教授，惊讶得“下巴都快要掉下来了”。

这套规则，将那本40页的版图说明，压缩到了仅仅2页纸！

就这样，设计与制造被清晰地分开了。它们之间的接口，是一套无比简洁的“乐高法则”。

然而，就在这个园区里，质疑的声音却越来越大。那些经验丰富的设计者，纷纷用怀疑的眼光，看着这个刚刚问世的“玩具”设计方法。

为了推广这个方法，1977年，这位研究员决定去麻省理工学院（MIT）开设一门VLSI设计的课程。

她既兴奋又紧张。但她想到了一个绝妙的主意：她把课程压缩到了半个学期。剩下的时间，留给学生们自行设计一个电路。

然后，她做了一件更大胆的事：她要把学生们设计的多个芯片“拼”在一起，放到一块晶圆上，一起“流片”制造出来。

在那个时代，芯片制造的费用高得吓人，没有任何一家工厂会接一个学生的设计订单。但这位研究员想出了一个“拼单”的办法。她通过关系，将19颗学生设计的芯片版图合并到了一起，然后送往一家（当时还愿意接这种小单的）公司去制造。

1978年1月，封装好的芯片寄回了学校。

奇迹发生了。一名学生设计的一个完整的处理器，一通电就能运行！

这个“边学边做”的教学方式，让学生们兴奋不已。这场“赌博”成功了。

1979年，介绍这种设计方法的书籍出版了。许多大学的教授都开始打听如何教授这门课程。但当时最大的困难，依然是没有晶圆厂愿意提供这种“小批量”的加工业务。

于是，这位研究员又策划了一个更宏大的计划。

她通过当时还处于雏形阶段的“阿帕网”（ARPANET，互联网的前身），将所有计划教授这门课程的大学“集中”起来。她负责分发讲义，收集学生们设计的芯片版图，最后把它们拼成一个巨大的版图，再发送出去统一生产。

这就有点像一家杂志社，接收来自不同作者的稿件，然后统一完成排版和印刷。这种芯片制作方式，就是后来的“多项目芯片”（MPCs）。

这个项目，被命名为“MPC79”。

反对者的声音也越来越强。有教授公开声称“她疯了”，认为这个项目根本不合理。

最终，有12所大学决定加入这个“疯狂”的计划。这些年轻的学生，当时一定没有意识到，他们正在亲身经历一场“范式转移”。从今以后，人们再也无须按照老式的方法去设计芯片了。

两年后，这个项目演化成了一个范围更广的晶圆加工服务（MOSIS）。参加这个课程的大学数量，扩大到了120所。这些方法，随后被大学毕业生们带到了工业界，掀起了一股VLSI设计的浪潮，这带来了深远的影响。

首先，它催生了各种自动化的版图设计工具。

其次，它催生了新型的芯片架构。加州大学伯克利分校和斯坦福大学的团队，正是利用这种新方法和新的流片服务，开发出了著名的“精简指令集”（RISC）架构。

最后，也是最重要的，它催生了一种全新的商业模式。那位加州理工的教授，专门造了一个词“Foundry”（代工厂），来指代那些专门提供芯片加工、但自己不设计芯片的公司。

这是芯片设计史上的第二次伟大“抽象”。“设计”与“制造”彻底分离了。设计师们再也（也无需）去关心那40页的复杂规则，他们只需要按照简洁的 λ 法则，在电脑上“搭建”自己的乐高积木。

“画”的问题，解决了。但很快，一个新的问题又浮出水面：当芯片上的“乐高积木”多达几百万块时，这个“画”本身，也变得太复杂了。

从洞穴壁画到十四行诗

时间来到了20世纪70年代末。

芯片的设计方法，又一次走到了尽头。

SPICE解决了“算”的问题，λ 法则解决了“画”的问题。但随着芯片规模的继续扩大，版图的“图形规模”，已经远远超出了设计师和计算机能掌控的极限。

让我们举个例子。早期的人类，在洞穴的石壁上描绘野牛和鹿，场面很壮观，但能表达的内容终究是有限的。直到后来，人类发明了“文字”。

一旦有了文字，我们就能描写出图画中无法表达的东西。比如，你没法“画”出花的香味，也没法“画”出风的声音。

文字之所以比图形更强大，是因为文字是一种更高层次的“抽象”。

当我们的祖先，看到鸟兽的爪印时，他们“抽象”出了最原始的象形文字。再经过一层一层的抽象演变，就得到了现代文字。

芯片设计，也必须经历这个过程。

我们必须发明一种“文字”，一种专门用来描述硬件电路功能的“文字”，用它来构建一个包含海量电路元件的复杂世界。

让我们来看这个抽象之旅：

最底层，是版图。 它充满了细节，比如栅长、线宽。

往上一层，是原理图。 细节消失了，只剩下了晶体管之间的连接关系。

再往上一层，是逻辑模块。 内部连接也消失了，只剩下一个“与非门”的方块和外部接口。

最后，我们抵达了抽象的终点： 一行代码。

有了这种“硬件描述语言”（Hardware Description Language, 简称HDL），人们才能设计出更复杂的芯片，突破在电路图上“画”出来的极限。

世界上有几千种人类语言。但芯片设计使用的硬件描述语言，一只手就数得过来。其中使用最广泛的一种，它的发明者，是来自英国曼彻斯特的一个学生，名叫菲尔·摩比。

在攻读硕士学位期间，摩比选择了一个既包含硬件也包含软件的研究项目。这让他对编程和硬件都非常熟悉。

1983年，他到美国参加一个学术会议，遇到了一位正在创办新公司的企业家。同年圣诞节，摩比来到了美国，加入了这家名为“捷威”的初创公司。

这家公司的目标，是实现一个当时还非常前卫的概念：“逻辑综合”。

什么是“逻辑综合”？

打个比喻，这就像是某种先进的写作软件。你只需要给它一些关键词和要求（比如：写一首关于秋天的十四行诗），它就能自动地谋篇布局、遣词造句，为你生成一篇像模像样的文本。

“逻辑综合”，就是要做芯片设计界的“写作软件”。设计师不再需要去画电路图，他们只需要用“文字”来描述电路的功能，计算机就能自动地“综合”出门电路，乃至晶体管的连接图。

但要实现这个目标，一个先决条件是：你必须先发明一种能描述逻辑电路的“语言”。

这个任务，落到了摩比的头上。

他要做的，是发明一种描述“硬件”的“软件”。他不需要千军万马，他只需要26个字母、10个阿拉伯数字和一些特殊符号。

他要如何通过语言，来表达芯片的功能和结构呢？

摩比的解决方案是：用一部分语言来描述模块的“结构”（比如接口类型、连接关系），再用另一部分语言来描述模块的“逻辑功能”和“行为”（比如：如果A信号为高电平，那么B信号就输出……）。

最后，他将“形”（结构）与“行”（行为）合在了一个模块里。这个模块，就“活”了。

摩比和同事们夜以继日地工作。1984年1月，新的语言成型了。一年后，当这种语言的编译器和仿真器都开发完成时，公司准备将其推向市场。

在商量名称时，摩比把“Verification”（验证）和“Logic”（逻辑）这两个词拼在了一起，组成了 Verilog。

随后，摩比开发出了对应的逻辑仿真器Verilog-XL。它一经推出，就震惊了业界。它的运行速度，竟然比当时市场上最大的逻辑仿真器提供商的产品，还要快上3到4倍！

Verilog-XL，一夜之间变成了芯片仿真的“黄金仿真器”。

但就在这时，一个强大的竞争对手出现了。美国国防部召集了几家半导体大公司，开发了另一种硬件描述语言VHDL。VHDL从一开始就是开放使用的，因此立刻获得了极大的市场占有率。

而Verilog，只是捷威公司的私有语言。这显然不利于它的推广。

1991年，在激烈的竞争下，捷威公司做出了一个关键决定：将Verilog开放给业界使用。它也成了一种国际标准。

Verilog的发明，是芯片设计史上的第三次伟大“抽象”。

从此，数字芯片设计师，彻底转变成了“程序员”。他们不再是“画”芯片的人，而是“写”芯片的人。

今天，无论是电脑里的CPU，还是手机里的处理器，都是研发人员用硬件描述语言一行一行“写”出来，然后使用计算机软件，自动地“综合”出逻辑原理图和版图的。

这三场革命——SPICE、λ 法则、Verilog——共同奠定了一个新产业的基石。这个产业，就是EDA（电子设计自动化）。

但故事到这里，才刚刚进入最精彩，也最残酷的阶段。

软件巨头的竞争与“AK-47”的背叛

有了仿真程序、有了版图工具、有了硬件语言，一个全新的、价值连城的产业诞生了：电子设计自动化（EDA）。

这个产业非常特殊。它在2020年的全球销售额“仅”为108亿美元，但它却撬动了比它高40倍（4390亿美元）的整个芯片产业。

如果没有EDA，全世界连一颗现代芯片都设计不出来。

EDA技术极其复杂，它既包括前端设计（用语言写代码、做仿真），又包括后端设计（把代码变成真实的物理版图、布局布线）。一家公司，不可能在短时间内将全流程的设计工具都开发出来。

于是，EDA的发展史，就变成了一部血腥的“吞并史”。这是一场从未停歇的盛宴，已经上演了几十年。

在20世纪80年代初，EDA领域有“三巨头”，我们姑且称它们为“DMV”。这三家厂商，都犯了一个共同的错误：它们将昂贵的EDA软件与自家的昂贵工作站硬件捆绑在一起，打包出售。

但随着芯片产业的发展，硬件变得越来越便宜，个人计算机的功能越来越强大。

“三巨头”中的“M”公司，最先看清了未来。它痛下决心，将软件与硬件解绑，专注于发展EDA软件。

而坚持捆绑销售的“D”公司和“V”公司，则迅速走向了衰落。几年之内，一家倒闭，一家被收购。

“三巨头”中，只有“M”公司活了下来。而另外两家的位置，被两家凶猛的新秀所取代。这两家公司的缠斗，定义了整个EDA产业的格局。

我们叫它们“新思”和“楷登”。（注：此处为便于理解的代称，非真实名称）

“新思”，以“逻辑综合”起家。它的核心技术，就是我们上一章提到的，那个能把Verilog语言自动转换成门电路的“写作软件”。它在芯片设计的“前端”是无可争议的王者。

“楷登”，则是通过合并两家公司而诞生的。它的起家本领，是芯片设计“后端”的物理布线。它就像一个自动排版软件，能把所有的“乐高积木”（标准单元）摆放在最佳位置，并自动连接好所有的线路。

一个掌控了“前端”（语言），一个掌控了“后端”（版图）。

但客户的需求是贪婪的。客户不希望分开购买两套工具，他们希望有一家公司能提供从“前端”到“后端”的全流程设计工具。

两家公司都渴望能攻入对方的领地。而最直接的方法，就是“收购”。

最先被盯上的，就是发明了Verilog语言的那家“捷威”公司。

在一次设计自动化会议上，“楷登”的CEO，同时找到了“新思”的CEO和“捷威”的CEO，直接提议说：“让我们把三家公司合并吧。”

“捷威”的CEO很干脆：“干吧！”

但“新思”的CEO，那个以“逻辑综合”为王牌的挑战者，拒绝了。

结果是，“楷登”（后端之王）收购了“捷威”（语言发明者）。它得到了Verilog语言和那个“黄金仿真器”。但它没有得到最关键的“逻辑综合”工具。

而不甘心被合并的“新思”（前端之王），从此成了“楷登”最大的竞争对手。

两强相争的格局形成了。

正当“楷登”逐渐拼起自己的商业帝国版图时，它的“后院”起火了。

20世纪90年代初，一家名为“亚斯”（Arcsys）的小公司成立了。它推出了非常强大的版图布局布线功能，直接威胁到了“楷登”的核心业务。

“楷登”的CEO感觉如芒在背。他派出了自己最得力的大将——芯片设计部总经理，去“阻击”这家小公司。他们成立了一个专门的项目组，代号“AK-47”，目标是在47周内，“杀死”亚斯公司！

在“AK-47”的凌厉攻势下，亚斯公司很快就亏损了220万美元，眼看就要支撑不下去了。

然而，就在这个关键时刻，“楷登”公司内部，却发生了戏剧性的一幕。

那位“AK-47”项目的主将，跟公司的元老（一位传奇的模拟设计大神）发生了严重的争执。CEO在两人之间，选择了支持元老。

这位主将意难平，当场递交了辞职信。

“你打算去哪里？”CEO问。

“也许去海滩待几天，也许待几个月，也许再也不工作了。”

然而，这位主将一转身，就敲开了“亚斯”公司的大门。

“AK-47”的主将，竟然投靠了自己的竞争对手！

“亚斯”公司自然是求之不得，热烈欢迎，并当即许以CEO的职位。

此后，“亚斯”公司有如神助，不但起死回生，还成功上市，并改名为“阿凡提”（Avant!）。它迅速跻身业界第四，成了“楷登”的心腹大患。

故事如果到这里，还只是一个商业背叛的剧本。但接下来的发展，直接升级成了刑事案件。

1995年的一个周五下午，一名工程师神色慌张地冲进了“楷登”CEO的办公室。

原来，他在客户那里，看到了匪夷所思的一幕。客户在使用“阿凡提”公司（就是那个“亚斯”）的版图软件时，计算机界面弹出了一个错误警告：

“Error a: color not found in this file.”

这是一个简单的拼写错误。很明显，冒号和字母“a”的位置弄反了，应该是 Error: a color not found...

这个工程师之所以如此惊慌，是因为这个低级的拼写错误，和“楷登”公司自己研发的软件里的一个错误，一模一样！

CEO全明白了。曾经的那些担心和疑虑，现在都变成了现实！

他立刻报警。警方搜索了关键证据，发现一位被收买的“楷登”工程师，在笔记本上留下了每一笔偷窃代码的记录。

1995年12月，“楷登”正式起诉了“阿凡提”。在长达6年的诉讼结束后，“阿凡提”公司的多位高管被判有罪。法院判决“阿凡提”公司赔偿“楷登”公司2.65亿美元。这个数字，使得“楷登”当年的收入几乎翻了一番！

正当所有人都以为“阿凡提”死定了的时候，另一只“棕熊”出手了。

那个一直在旁边按兵不动、隔岸观火的“新思”（前端之王），突然宣布：它要收购“阿凡提”！

“新思”不仅收购了这家刚刚被判有罪的公司，还大方地支付了那笔巨额罚款。

它为什么要这么做？

因为通过这次收购，“新思”一举补足了自己在“后端”物理版图设计上的致命短板。它收获了“阿凡提”的核心技术团队，可谓坐收渔翁之利。

“新思”的CEO评论说：“它吹散了笼罩的乌云，开启了新的时代。”

这次收购，彻底改变了EDA行业的格局。“新思”从一个“前端”专家，一跃成为了“全流程”供应商，开始冲击“楷登”的行业第一宝座。

在这场“鲸吞蚕食”的大战中，当初那个发明了Verilog的工程师菲尔·摩比，在“捷威”被“楷登”收购后，早已离职。他创办了另一家公司，将硬件描述语言的抽象层次提到了更高的“系统层”，开发出了Verilog的“超集”：Superlog。

你猜，这家公司最后被谁收购了？

当然是“新思”。Superlog改名为SystemVerilog，成了当今使用最广泛的系统描述语言之一。

EDA的战争，就在这样一次次的收购、背叛和诉讼中，形成了今天的“三巨头”格局（“新思”、“楷登”和活下来的“M”公司）。

而一旦有了从前端到后端的“全流程EDA工具”，一个全新的时代到来了。

像苹果、谷歌、亚马逊这样的“系统公司”，它们完全可以绕开传统的芯片设计公司，自己从头到尾，快速设计出一款完全符合自己需求的芯片。

EDA，这只强大的“计算机之手”，终于彻底成熟了。

但是，它还需要最后一样东西。

剑桥的谷仓与“不卖芯片”的智慧

进入21世纪，越来越多的手机厂商、软件公司，甚至互联网公司，都纷纷开始自己设计研发芯片。

这当然离不开EDA工具的支持。

但还有一个问题。EDA工具只是“设计软件”，它好比一套顶级的“Word+Photoshop”。但如果你要写一本书，你总不能从零开始设计“字体”吧？如果你要画画，你也不想从零开始调配“颜料”吧？

你需要一些“标准模块”。

在芯片设计领域，这些“标准模块”被称为“电路IP”（Intellectual Property，知识产权）。

你可以将它理解为文档的“模板”。早在80年代，就有公司开始将一些标准化的接口电路、通信电路等，打包成一个一个的“IP模块”。设计公司可以将主要精力放在差异化功能的开发上，而从别处购买并直接使用这些标准化的IP模块。

现在，世界上最大的集成电路IP公司，是一家英国公司。它将自己设计的处理器内核做成标准模块，授权给其他公司使用。

全世界几十亿部手机、平板电脑上，安装的都是基于它设计的处理器。

而创造这种独特处理器的，不是来自美国的大公司，而是来自英国剑桥大学附近一座谷仓里的一个小团队。它创立之初，只有12位工程师。

要讲述它的故事，我们必须先回到20世纪80年代初的英国。

那时，英国广播公司（BBC）提出了一个雄心勃勃的计划：它们要订购一款为全英国学校设计的Micro电脑，数量高达几十万台。

所有的英国电脑制造商，都对这个合同虎视眈眈。其中一家，是“艾康电脑公司”（Acorn）。

1981年2月的一天，它们得到了公开招标的消息。艾康公司的总裁克里斯·柯里，立刻赶到了BBC总部。他夸下海口，说自己的公司能很快给出符合BBC苛刻指标的样机。

BBC说：可以，我们要在4天内就看到样机。

柯里拍着胸脯答应了。但那一天，已经是周日了。这意味着，他必须在下周五上午之前，准备好一台全新的电脑。

这个牛皮吹得太大了。公司的两位核心技术人员，罗杰·威尔逊和史蒂夫·弗伯，此前已经讨论过BBC的指标，他们知道这有多难。

晚上，总裁和他的合作伙伴商量，怎么才能说服这两位天才工程师。

合作伙伴拿起了电话，拨通了威尔逊的号码。电话那头传来了非常果断的声音：“这不可能！”

合作伙伴没有放弃。他又拨通了弗伯的号码，得到了同样的回答：“不可能！”

这时，这位合作伙伴展现了他高超的管理（忽悠）技巧。

他故作惊讶地对弗伯说：“是吗？你这么说真让我意外，因为威尔逊刚刚说，他觉得还是有可能做出来的……是的，他的语气听起来很笃定。要不，我跟他说你不同意？”

弗伯一听，立刻改口了：“哦，好的，先不告诉他，明天见！”

接着，这位合作伙伴又拨通了威尔逊的电话：

“嗨，又是我。是这样，刚刚弗伯说他觉得可以做到，他的语气听起来非常自信……你要我打电话告诉弗伯说你觉得这不可能吗？哦，好的，明天见！”

周一一大早，威尔逊和弗伯立刻开始了工作。他们要打造一台有100颗芯片的电脑。

他们需要一颗DRAM芯片，而唯一满足要求的一款日立芯片，整个英国只剩下了4颗。团队立刻将这4颗芯片全部买了回来。

他们又挖到了当时最快的“绕线手”，把100颗芯片装到电路板上。周三开始绕线，周四晚上完成。

但在最后一个夜晚，他们发现组装好的电路无法工作。直到周五凌晨两点，仍然没有调试成功。所有的逻辑都是对的，系统没有理由不工作。

再过8个小时，BBC就要来验收了。

总裁命令所有成员：“拔掉连在处理器上的仿真器，让处理器独自运行！”

所有人都觉得他疯掉了。然而，奇迹发生了。系统居然“活”了过来！

一大早，威尔逊回到公司，看到团队成员在地板上凑合着过了一夜。在剩下的两个小时里，他需要安装操作系统，启动编程语言，并安装一个解释程序。

约定好的10点快到了，威尔逊仍在飞快地敲击着键盘。

BBC的汽车按时到达了公司楼下。总裁和他的合作伙伴下楼迎接，他们绅士般地同BBC的人员在走廊和楼梯之间边走边谈，想尽一切办法拖延他们进入实验室的时间。

就在一行人终于进入实验室，来到威尔逊的电脑样机前的那一刻——一切都准备好了！

艾康公司击败了所有对手，赢得了BBC Micro电脑的合同。这款电脑后来大受欢迎，在英国卖出了惊人的125万台。

为了迎接下一代电脑的挑战，艾康公司需要一颗更快的处理器。当时的主流CPU是16位的，但它们无法同时满足“速度快”和“价格便宜”这两个要求。

弗伯和威尔逊，这对天才搭档，决定自己设计一款芯片。

他们读到了加州大学伯克利分校（就是那个诞生了SPICE的地方）发表的一篇文章，提到了一种“精简指令集”（RISC）架构。

他们决定越过16位，直接开发32位的RISC处理器。

经过18个月的努力，这颗处理器设计完成了。它只包含了25000多个晶体管，比当时主流的16位处理器（29000个）还要少。

1985年4月26日，制造好的芯片回来了。一通电，处理器就能正常工作，操作系统顺利启动！

但这款芯片，有一个奇怪的“副作用”。

为了降低成本，团队不得不选用价格低廉的塑料封装。这意味着，芯片的功耗必须降到1瓦以下，否则会因为散热不畅而烧毁。

没想到，这一限制，带来了一个意想不到的好处：芯片的功耗极低。

弗伯用万用表去测试芯片，发现指针竟然没有任何摆动。他一度以为芯片是坏的。后来才发现，原来这颗芯片仅仅依靠着一点点漏电流就能工作，功耗不到0.1瓦。

在那个时代，低功耗并不是什么了不起的优点。这只是一个奇怪的特点。

然而，就在弗伯和威尔逊等人投入地开发芯片时，艾康公司的经营状况却变得越来越糟。校园市场很快就饱和了。

这时，一家“天使”公司出现了。一家正在开发掌上电脑的美国公司（就是那家以水果命名的公司），看上了艾康的这款低功耗处理器。

1990年，这家美国公司、艾康公司和一家芯片制造公司，共同投资成立了一家新公司，专门开发这款处理器。

这家新公司，就是安谋（ARM）。

1991年，公司聘用了一位CEO。他上任时，手上只有150万美元和12名工程师。他知道，仅凭这点实力，根本无法撼动那些处理器巨头的地位。

他必须以奇制胜。

他注意到，许多公司都想拥有自己的芯片，但又不想从头开始设计。他们需要一个“基础架构”，然后在上面添加自己的功能。

这位CEO，提出了一个革命性的商业模式：

我们不直接出售芯片。我们授权别人使用我们的设计。

1993年，他们与德州仪器公司合作，开启了这种独特的“IP授权”模式。

这是一种绝妙的共赢。客户（比如手机厂商）获得了世界级的处理器内核，可以快速生产出自己的产品；而这家小小的英国公司，则可以获得授权收入和版税。

1994年，安谋处理器进入了诺基亚公司的手机。

随后，移动时代的大门轰然打开。

那个曾经被认为是“奇怪副作用”的“低功耗”特性，在需要电池供电的手机和平板电脑上，成了最核心、最无可替代的优势。

时至今日，这家公司不用生产一颗芯片，就在人们的鼻子底下，不知不觉地“占领”了全世界。

现在，让我们回到最开始的那个悖论：是先有芯片，还是先有电脑？

我们现在知道了答案。

这个悖论，是被一个长达60年的、不断进化的“抽象”链条所解开的。

第一次抽象：

以SPICE为代表的“仿真程序”诞生了。它用数学模型替代了物理实体，将“电路设计”从“器件物理”中解放出来。设计师不再需要是物理学家。

第二次抽象：

以λ法则为代表的“设计规则”诞生了。它用一套可伸缩的“乐高”规则，替代了40页的复杂工艺文档，将“电路设计”从“芯片制造”中解放出来。这催生了“代工厂”（Foundry）模式。

第三次抽象：

以Verilog为代表的“硬件语言”诞生了。它用“代码”替代了“图形”，将“电路设计”从“手工绘图”中解放出来。这催生了“逻辑综合”和EDA产业。

第四次抽象：

以ARM为代表的“IP授权”模式诞生了。它用“可复用的模板”，替代了“从零开始的蛮荒”，将“系统设计”从“处理器设计”中解放出来。

那幅“画手”的素描，已经不再是两只手。

它是一只手画出了另一只手，后者又画出了第三只手，第三只手又画出了第四只手……这是一个由物理学家、电路天才、软件工程师和商业奇才共同组成的、不断向上的螺旋阶梯。

这个螺旋，就是摩尔定律的真正引擎。

它让芯片设计，从一场需要赌上5美元的、在信封背面的豪赌，演变成了一场在剑桥谷仓里的、关于商业模式的奇袭。

它让我们每个人，都成了这个奇迹的见证者和使用者。而那两只最初的手，至今仍在彼此描画，永不停歇。