一、简介
一项设计算术电路的方法发明。发明专利名称：数字绳码编码解码及加减乘除倒数算术电路设计的方法。专利号：2008100860163.3。申请日：2008年3月11日。授权日：2018年2月2日。发明人与专利权人：魏营隆。
本发明应用于微处理器的算术电路设计。微处理器大致可以分为三类：通用高性能微处理器、嵌入式微处理器和数字信号处理器、微控制器。现在一般把高性能微处理器称做微处理器，、嵌入式微处理器和数字信号处理器、微控制器统称为微控制器。
从有计算机以来，算术电路用二进制规则设计。本发明设计算术电路，是把二进制码转换成数字绳码，用数字绳码进行算术运算，运算结果再转换成二进制码。本发明的优点是电路级数少，所用元件少。以64位算术电路为例，本发明设计的算术电路与二进制规则所设计的算术电路对比如下：
二进制规则设计的64位算术电路：加法电路，电路级数约4,096级，所用元件约16384个。减法电路的电路级数与所用元件数与加法电路大致相当。乘法电路，电路级数约8,124,543级，所用元件约32,498,172个。除法电路比乘法电路所用的电路级数和元件数还要多。
用本发明所设计的64位算术电路：加法电路，当电路级数为6级时，所用元件约2000个，当电路级数约200级时，所用元件约600个。减法电路的电路级数与所用元件数与加法电路大致相当。乘法电路，当电路级数12级时，所用元件约130,000个；当电路级数约30级时，所用元件约9,000个；当电路级数约80级时，所用元件约6,000个。除法电路是用倒数电路与乘法电路组合，倒数电路的电路级数及所用元件数与乘法电路大致相当。
二、技术进步点
（一）提高了数据处理速度。
现有的微控制器只集成了加减电路，少数集成了乘法电路，没有除法电路，乘除运算是通过加减运算实现，一个乘法或除法运算需要通过成千上万次加法或减法运算实现。
现有的微控制器一般是32位运算器，并且可能没有集成除法电路。本发明能把64位加减乘除算术电路全部集成到微处理器里，能使算术电路具备实数运算与浮点运算两种功能，从而使微处理器的性能得到极大提高。
集成了加减乘除算术电路后，微处理器的运算速度由主频决定。当芯片主频100兆时，每秒1亿次浮点运算，当芯片主频1G时，每秒10亿次浮点运算。
（二）降低了芯片功耗。
芯片中所用元件越多，功耗就越大。本发明极大地减少了算术电路所用的元件数量，以64位为例，本发明的加减电路所用元件为二进制加减电路的二十分之一，乘除电路所用元件为二进制乘除电路的五百分之一。本发明的算术电路有效降低了芯片功耗。
（三）减小了芯片设计制造难度。
电路级数越多，电路运行的稳定性就越差，芯片设计与制造的难度就越大。以32位算术电路为例，二进制加法1000级电路，二进制乘法50万级电路，这样多的电路级数，需要根据芯片能集成元件的多少，通过硬件与软件结合来实现数据处理的目的。本发明的加减乘除电路只需要几十级，能够把加减乘除算术电路全部集成到芯片里，不需要研究硬件软件结合的算法，芯片设计制造难度比二进制电路小的多。电路级数越多，电路运行的稳定性就越差，芯片设计与制造的难度就越大。以32位算术电路为例，二进制加法1000级电路，二进制乘法50万级电路，这样多的电路级数，需要根据芯片能集成元件的多少，通过硬件与软件结合来实现数据处理的目的。本发明的加减乘除电路只需要几十级，能够把加减乘除算术电路全部集成到芯片里，不需要研究硬件软件结合的算法，芯片设计制造难度比二进制电路小的多。
（四）算术电路设计方法灵活。
本发明设计算术电路方法灵活，一种算术电路有多种设计方案，可以根据芯片设计的总体方案与芯片能集成元件的数量，选出要采用的方案。
（五）电子计算机的数据处理能力有更大的提升空间。
本发明将使微处理器向两个方向发展，一是通过提高主频来提高运算速度，当主频达到激光频率时，一个芯片就能达到40到80亿亿次的浮点运算速度。二是以本发明为基础进行算法创新，由于数字绳码突破了二进制码在维度上的制约，可能会出现我们现在预想不到的技术效果。
三、中国微处理器芯片产业腾飞的良机
在微控制器设计制造技术中，它的通信、I/O口、ADC、DAC
等许多功能都已经成熟并且有二十年以上的技术发展史，没有知识产权制约。
在过去，由于二进制算术电路级数多与所用元件多，无法把算术电路全部集成到芯片里，只能根据芯片的具体情况进行算法创新与经验积累，由此而产生的知识产权是微控制器的核心知识产权，由此而产生的技术经验积累是保持技术领先的本钱。我们缺少这些知识产权与设计制造经验，要把芯片做到接近国际先进水平非常难，即使通过仿制跟踪接近了国外水平，国外的芯片又出了新一代产品，我们面临的不仅有知识产权的限制，还有同类产品的售价低于我们成本价的价格打压，芯片产业发展很难。
到今天，本发明能够把加减乘除算术电路整体集成到微控制器芯片里，运算速度比二进制算术电路有极大提升，国外同类产品的数据处理速度远低于我们产品的数据处理速度，同时，本发明设计的算术电路级数少，元件少，技术经验积累对芯片的设计与制造影响不大。因此，我们完全可以在专利期内建立起全球技术水平最高、实力最强大的微控制器芯片产业。
在微处理器芯片上，我们应把64位加减乘除算术电路全部集成到微处理器里，使微处理器能进行64位实数运算，也能进行64位浮点运算，从性能上超越现有的32位微处理器。当微处理器的主频达到2G时，它每秒能完成20亿次浮点运算。在专利保护期内，中国能够做出最好的微控制器芯片，并进入国际微控制器芯片市场，成为主流产品之一。本发明的专利保护期，也是中国微处理器芯片腾飞的良机。
四、即将错失的历史性机遇
自申报专利起，就致力于在芯片上应用。不少客方看到介绍兴趣有加，一经请教专家就不了了之。专利申报十年后终于有了专利权，再次加大推介力度，结果仍然是开始重视，后来不了了之。回首往事，深感本发明的应用之难。自申报专利到今天已十年又一百天，专利保护期只剩不到十年时间，本该是中国微处理器芯片产业腾飞的良机，却看不到希望，有卞和哭玉之痛。为了中国的芯片产业不再失去有限的发展机遇，就以下几个问题与所有关心国家芯片产业人的探讨。
（一）是规则创新还是算法创新？
如果是规则创新，并且规则正确、技术效果显著，那就是产业发展的历史机遇。如果是算法创新，那它仅是一个规则下的一个算法，构不成历史性的机遇。
本发明突破了二进制的维度限制，避开了二进制规则中每一位运算都要进行的串行进位，形成了一个全新的、完整的逻辑体系，实现了电路的并行运算，是一个有别于二进制规则的一种新的算术电路的设计规则。
阻止规则创新认定的有效方法就是混淆概念，把所有数据处理技术的进步统统说成算法创新。而算法创新产生于芯片的设计制造过程中，没有设计制造经验就难以有算法创新。由此形成了一个思维逻辑：所有运算技术的创新都是算法创新，算法创新涉及的技术范围有限，而没有技术实践支持的算法创新可信度很低，把算法创新说成有颠覆性技术效果的人是不可信的。在这种语境下，我能如何？中国微控制器芯片产业腾飞的窗口机遇已损失过半，该怎么办？
（二）规则创新如何产业化？
规则创新进行产业化时，从那得到资金？市场机制下，资本投资有更多的选择，对风险大，周期长，回报率不确定的规则创新不感兴趣。在过去的几十年，很难找出由资本投入而成就规则创新在产业上应用的案例，相反，美国在过去的几十年中，规则创新都是由政府资助或有政府背景的风投资金资助，它不仅成就了美国领导全球科技的发展，也成就了毕尔.盖茨、乔布斯等许多科技人员从平民到产业泰斗的华丽转身。
中国也有政府的科研资助，也有政府背景的风投资金，但是，中国还没有资助规则创新应用于产业的先例，尤其本发明是个人完成，尽管它是规则创新，尽管它是微控制器芯片产业的颠覆性技术，尽管微控制器产业对中国经济乃至国家安全影响很大，但不符合政府科研资助与风投资金的管理规定，不属于政府资助或风投资金资助的范围。
在本发明还剩不到十年的专利保护期，放入市场中没人投资，政府又不资助，如何产业化？
（三）迷雾之中如何才能不错失历史性机遇？
从申报专利到今天，围绕着本专利发生了五件不可思议且相互关联的事情，仅说其中两件。
一个是超级计算机，近十年来，超级计算机的浮点运算速度从每秒亿次提升到亿亿次，运算速度提升了1亿倍。尽管超级计算机由许多微处理器组成，但是，运算速度提升这么多，只有把加减乘除算术电路全部集成到微处理器芯片里才能实现。而64位二进制乘法电路需要800万级电路，3000多万元件，除法电路比乘法电路更复杂，这在技术上几乎不可能实现。本发明的64位乘法电路约需80级电路，6000个元件，除法电路是乘法电路与倒数电路组合，倒数电路的电路级数及元件数与乘法电路大致相当。我认为，超级计算机芯片使用了本发明技术。
另一件是前不久媒体报道，某研究所的微控制器芯片，通过改变运算器架构与神经条技术，使芯片达到每秒6亿次浮点运算速度。显然，架构改变前运算器没有乘除电路，架构改变后运算器里有乘除算术电路，在主频600兆时，每条指令能完成一个32位的浮点数运算，运算速度就是6亿次。32位二进制乘法电路需要50万级电路和200万元件，几乎无法集成到微控制器里，除法电路比乘法电路更复杂。本发明的32位乘法电路可以用40级电路1500个元件实现，除法电路是倒数电路与乘法电路组合，倒数电路所需的电路级数及元件数与乘法电路相当。可以确定，这个研究所的神经条技术与本发明技术相同。
自有电子计算机以来，二进制算术电路的串行运算极大地影响运算速度，并行运算是几十年来全球研究的课题，但一直没有突破。本发明以一个严密的逻辑体系，实现了算术电路的并行运算，这是电子计算机历史上的一个里程碑，也是电子计算机算术运算的封顶技术，这样的电路逻辑体系只能是唯一的，不会再有第二套逻辑体系。这个逻辑体系的原创人有命名权。对这个逻辑体系其他人无命名权，如果重新命名说成是自己新创了一个体系，是偷窃。换了名称申报专利，是对原发明人的侵权。换了名称在国内外学术刊物上发表，是卑鄙行为。专利申请日，是认定知识产权归宿的标准。实质内容，是认定是否侵权的标准。
本专利的保护期只剩九年多时间，产业化前景迷雾重重，中国微处理器芯片产业的历史性机遇在一天天流失，怎么办？
（四）请您评价
为本发明产业化，发明人推介殚精竭虑，然收效空空。发明人为中国芯片产业将错失良机而痛心疾首，然现状依旧。是夸大技术效果了吗？
如果说国外停供中兴公司通信芯片，中兴会停摆。那么，如果国外停供中国微控制器、微处理器芯片，中国的工业体系将休克。在自动化、智能化的民用、工业用、军用产品中，微控制器、微处理器芯片是每一件产品的大脑。芯片产业关系到每个人的利益。
发明人把专利文件放到网上，恭请您阅读，期待您评价，更希望在发明人所述的技术效果基本属实时，您能与发明人一并推进本发明在中国芯片产业上的应用。特别说明，发明人没有放弃专利权与著作权所赋予的全部权利。
电话：18903921603@189 邮箱：18903921603@189.cn
助力中国芯片产业腾飞的一项颠覆性技术