棋子 · 2023年04月28日

浅谈做芯片和建高楼的相似性和相通性

提纲:

1、简单介绍建筑设计的各个环节

2、建筑的三边设计方法与流水化

3、建筑方案变更的处理流程和相应的规范化思考

4、相关行业发展的思考

5、题外话

眼看他起高楼。

眼看他宴宾客。

眼看他楼塌了。

兴衰成败世事沧桑似乎都与那高楼息息相关,足以见得建好一栋高楼是多么的重要。建筑设计是一门高深的学问,尤其是经过改革开放四十多年的蓬勃发展,也沉淀了很多行业规范和标准,其复杂度完全不亚于芯片设计。就像一座杨柳堆烟帘幕重重的庭院,我等门外汉通常只能从门缝中窥探万分之一二。彪哥是我的同学挚友,他深耕建筑设计十余载。年前有幸与彪哥煮茶畅谈,方知其中妙处千分之二三。

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建筑设计大体分为三个环节。

其一,方案设计。

设计师根据开发商的要求和需求,设计出建筑的效果图,并创建建筑模型。然后针对效果图和建筑模型,进行细化,最后输出建筑设计方案。

方案设计需要具备艺术性和审美能力。主观性较强,需要的时间不固定,可以数周,也可以数年。

方案设计不依赖当地的建筑法律法规,可全球化。例如鸟巢的设计师皮埃尔.德梅隆就是一个瑞士人。目前从全球综合来看,欧美的方案设计实力整体较为强大。

方案设计完成之后,交付建筑设计师来绘制建筑设计图,该环节完成。

该环节类似芯片的架构设计或系统设计。

其二,建筑设计。

设计师根据建筑设计方案,结合当地的建筑法律法规,设计建筑图纸。其中主要包含建筑结构的相关计算与设计。

涉及的数学和物理学等基础自然科学知识较少,即使用到了,也比较浅,主要是加减乘除等基础数学运算和基础的力学和热学物理知识。相对于方案设计和建筑施工,建筑设计门槛较低(可能是彪哥的自谦)。

建筑设计可包含多个步骤,每个步骤可输出一幅建筑设计图。通常是五步,如下所述:

1.开挖图

2.地基处理图

3.木桩基础图

4.地库和正负1层设计图

5.最终建筑设计图

从某种角度看,这五个步骤输出的图纸,可认为是最终建筑设计图的中间版本。

最终的建筑设计图要送政府相关部门审核,通过之后将图纸交付施工方,建筑设计环节才算完成。

该环节类似芯片研发的前端和后端环节,包含了从系统架构方案到GDSII之间的所有内容。

其三,建筑施工。

建筑施工队或建筑公司依据建筑设计图,进行建筑施工。涉及到土木、材料,地质等学科,技术含量高。

目前从全球来看,中国的建筑施工实力较为强大。毕竟基建狂魔的称号也不是风刮来的。

该环节类似芯片的流片阶段,随着光刻机轰隆隆的声音响起,一颗颗芯片就被造出来了。

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复杂的活动通常都有流程规范。

建筑设计也有明晰的流程规范,该流程分三个重要的步骤,分别对应三个从政府获得的证件。

首先是《土地证》。开发商通过购买或者申请,获得土地开发权,从政府拿到土地证。

然后是《工程规划许可证》。开发商找建筑设计公司设计建筑方案。将方案送政府部门审批,通过之后,获得《工程规划许可证》。

最后是《施工许可证》。开发商找建筑公司绘制建筑设计图,将图送政府审核,若审核通过,发放施工许可证。

按照国家的法规,以上三个步骤需依次进行,且串行进行,即上一步完成后,才可开始下一步。开发商拿到《土地证》1年后,若是未拿到《工程规划许可证》,则《土地证》作废。开发商拿到《工程规划许可证》1年后,若是未拿到《施工许可证》,则《工程规划许可证》作废。

打个比方,若将这三个步骤对应的证件比作芯片总线上传输的三个报文,那么这个芯片总线的传输特性就是:不支持out-of-order,不支持outstanding,支持timeout保护机制。

然而,理想很丰满,现实很骨感。

建筑图纸设计和送审时间周期较长,若是严格按照步骤的规范,等待图纸开发和审核完成后,再开始施工,严格依次串行进行,会影响工期。

时间就是生命,时间更是金钱。为了缩短工期,往往采用一些变通和折中的方法。建筑的三边设计方法就这种方法。

在上文中提到,建筑设计图的开发可分为五步,每步输出一个中间版本的图纸,先提交给施工方,施工方依据相关图纸先开始施工。这五步分别是:开挖图、地基处理图、桩基基础图、正负1层和地库设计图和最终建筑设计图。这样一来,很多耗时的施工工作在没有拿到经过评审的设计图纸之前,就已经开始了。例如,当建筑设计师在绘制地基处理图时,建筑工地已经开始挖坑了。(存在政策法律风险)

最终的建筑设计图纸送审通过之后,施工方根据最终图纸,对已完成的施工部分进行修正和调整,并按照最终的图纸开始后续的建筑施工。

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三边设计,有好有坏。

好处:

将建筑设计和建筑施工,拆解成多个小的步骤,并发执行。就像生产线的流水操作(pipeline)一样,从某种程度看建筑设计和建筑施工也被流水起来了。整体的建筑项目开发周期也被缩短了。

坏处:

其一,流程不合法规,若被政府监管部门发现,需要接受相关的法律制裁,主要是罚款。

其二,提前施工,有可能出现施工的结构,不符合最终建筑设计图纸的问题。有的问题容易修改到还能接受,若是遇到不可修正的,或很难修正的建筑问题,就非常麻烦。

彪哥举了一个典型的例子。根据地基处理图,施工方在土里打木桩,通常要打40米深。如果图纸错了或改了,导致施工于最终的建筑设计图不符,目前全世界没有技术单独拔出打错的木桩。除非把整个地基全部挖开,取出木桩,重新填埋,再重新打桩。按照陕西现行的建筑行业法规,对于湿陷土质,新填埋的土,需要静置三年,才可施工。但是法律又规定,拿到施工许可证,1年不开工,则收回土地证。(防止囤地)

建筑的三边设计方法对芯片方案设计是否也有借鉴之处呢?

“无文档,不验证”,但是当芯片方案文档迟迟不能发布时,验证者除了等待,还能做些什么。系统工程师和芯片设计者除了奋笔疾书埋头苦干,还能做些什么。时间就是金钱,尤其是在芯片研发阶段,怎样做好质量和效率的平衡,怎样把握好流程规范和灵活变通之间的“度”,是所有芯片研发人员要思考的问题。

所有的IC验证者都不喜欢发布的规格方案要发生变更,天下的程序员也都不喜欢确定的方案要发生变更。因此很多公司提倡“一次把事情做对”。然而,方案的变更似乎就像夏日的暴雨,总是不期而遇,不可避免。令人措不及防,又无可奈何。

无独有偶。

建筑行业也存在评审过的方案需要变更的情况,而这也同样令建筑设计师万分恼火。触发变更的原因五花八门,例如相关的建筑法律法规修改了,或者开发商的需求改变了,再或者与四邻建筑风格相悖,又或者与当地行政部门的监管要求不符(比如:建筑太高而不满足小区隔壁的军营的保密要求。这些变更都要重新修改建筑设计图,重新送审和公示。具体流程如下图所述。

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验证者不喜欢方案的变更,更加不喜欢随意的、率性的、恣意妄为的方案变更。审视建筑行业的方案变更流程,芯片开发方案变更的流程若能进行部分内容的借鉴和参考,或许会让芯片方案的变更流程更加规范而严谨。给足了仪式感,又保证了正确性。相信这样的变更,验证者们也会敞开怀抱,热情拥抱的。

最后又跟彪哥聊了下芯片设计和建筑设计的差异。

首先是市场化和全球化的差异。美国芯片工程师写的电路和中国工程师写的电路可以融合和通用。但是两国的建筑设计师绘制的图纸就不能通用,因为建筑图纸要符合当地的建筑法规的要求,而这种法规的要求必然存在地域的差异。

其次是发展空间。目前中国的城市化进程已经达到较高的程度,而芯片行业正处在高速展阶段。不过这样并非绝对,段同学就认为乡村振兴将是建筑设计的另一个新的发展空间。农村天地广阔,或许能孕育出下一个建筑设计的高速发展。

题外话

中美贸易战已经持续了快4年了,1个月前美日荷又联合出手,限制向中国出口光刻机相关技术。我们也进行了反制,限制向他们出口一些技术,例如:畜牧和水产品的繁育技术、造纸技术、烟火爆竹的生产技术。看长津湖的“冰雕”,脸上泪痕干了都快2年了。听强哥(郑强)演讲,振奋欢呼已是14年前的事了。大使馆被炸,参加学校演讲比赛,题目是“落后就要挨打”已经24年过去了。革命尚未成功,同志仍需努力。

作者:一只特立独行的猪
文章来源:IC验证者之家

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