时间很快就进入了1971年，春寒料峭。
线材车间的工业计算机已经稳定运行了两个多月，137条产线的推广工作在宇文坤德的统筹下有条不紊地推进。
吕辰完成了工业计算机集成的总结和交接工作，大会小会开了十几个，总算从工业计算机的集成工作中抽出身来，全身心投入到701工程实验专线的建设中。
实验专线的电缆已经敷设完成，计算机所到真空所的三公里线路上，两个中继器箱像两个沉默的哨兵，蹲在杨树林和水渠边上。
调制解调器的样机在通信科学实验室里跑了一轮又一轮，误码率从最初的10??降到了10??，带宽也从1200比特每秒提到了2400。
但赵长河教授不满足，点对点通信跑通了只是第一步。
701工程要连接20个节点，真正的心脏不是电缆，不是调制解调器，而是程控交换机。
“没有交换，就是20条独立的电话线，各说各的。”钱永昌教授在技术讨论会上敲着黑板，“有了交换，它们才能组成一张网。”
而程控交换机的核心，是一颗芯片。
吕辰接到这个任务的时候，正在办公室里整理《现场作战手册》的修订稿。
曾祺推门进来，手里拿着一个文件夹，表情有些微妙。
“程控交换机的芯片任务分下来了。”
吕辰接过文件夹，翻开。
第一页是任务清单，列出了程控交换机所需的全部芯片：时序控制、信号音发生、接口适配、用户线扫描、交换网络驱动……
一共七八种，每种一到两颗芯片。
这些芯片逻辑不算复杂，交给集成电路实验室的其他组，几个月就能拿出来。
但最后一页，单独列着一颗芯片，名字下面画了一道红线。
“通路控制芯片”。
任务描述只有一行字。
负责空分交换网络的核心控制逻辑，包括通路建立/释放、冲突仲裁、状态管理、信令接口、故障诊断。
吕辰盯着那行字看了好一会儿，抬起头。
“这颗芯片，相当于把整个交换系统的‘大脑’塞进一颗芯片里。”
曾祺点了点头：“这颗芯片的复杂度不小，已经快要达到了昆仑1机的主控核心。昆仑1的主控核心只管取指、译码、发射指令，逻辑是规整的、确定的。而这颗芯片要管的是并发的、实时的、不确定的事件，摘机、拨号、挂断，什么时候来、来几个，完全不可预测。”
他看了看吕辰：“钱兰、彪子、国化他们要去筹备、启动星河设计系统，这个核心只能你来做了。”
“宋颜教授怎么安排？”
“显示器芯片的第二版已经完成送流片，所以程控交换机的芯片设计交给了我们组，其他芯片我带着做，这颗芯片，由小张海带着第三小队六人跟着你做，小张海他们已经设计室等着了。”
吕辰把文件夹合上，站起来。
“曾师兄，劳烦你通知小张海他们，下午两点在小会议室开会，我先去钱教授那边对接。”
曾祺点点头，松了一口气，他是真的怕吕辰不接这个活。
下午两点，右翼楼四楼小会议室，小张海、郑强、刘伟、王军、李华、张明六人都到了。
白板上挂着一张巨大的系统架构图，从用户线到交换网络，从交换网络到中继线，每一个模块都用不同颜色的粉笔标注着。
图的最中心，是一个被红圈框起来的方块，里面写着“通路控制”。
吕辰站在白板前面，拿里拿着一沓稿纸，足有两指厚，上面密密麻麻画满了电路图和时序图。
“这是钱永昌教授他们根据纵横制交换机的经验，推导出来的通路控制逻辑。全部用分立元件搭过，能跑通。但要用一颗芯片实现，难度不是一个量级。”
他翻开稿纸的第一页，用手指点着上面的框图。
“交换矩阵控制逻辑，这是最核心的部分。64x64的空分交换网络，4096个交叉点开关。每个开关都是一个传输门。芯片要根据微程序的指令，在几十微秒内找到对应的行和列，生成选通信号，闭合开关。”
“通路状态表，硬件实现的‘路由表’。芯片内部要用触发器阵列维护每条输入线和输出线的状态，空闲、忙、故障。查表和更新必须在几个时钟周期内完成。”
他翻到第二页。
“仲裁器。多路呼叫同时抢同一个出口的时候，谁先接通？谁等待？谁被拒绝？要有优先级算法。不能太复杂，占芯片面积，也不能太简单，不公平。”
“信令接口逻辑。检测用户线的摘机、挂机、拨号脉冲。这些信号是模拟世界的，进了芯片要变成数字信号。时间窗口要卡得准，否则会误判。”
“微程序接口。芯片和系统控制总线之间的桥梁。接收命令、执行、返回状态。地址译码、命令寄存器、状态寄存器、数据缓冲，一套完整的‘控制-状态’寄存器组。”
他翻到第三页，手指点得重了一些。
“时序与控制单元。芯片内部的各种时钟和时序信号，全要从这里出。扫描用户线的周期、处理拨号脉冲的采样窗口、各模块之间的协调信号，一个都不能乱。”
“最后，故障检测与诊断逻辑。定期自检交换矩阵和通路状态表，发现异常置位故障标志，通过接口上报。不能因为一颗开关坏了，整个交换网络瘫痪。”
他把稿纸合上：“我估算了一下，这七个模块初步估计，需要9000多颗晶体管。”
会议室里安静了一瞬，昆仑1的KL-VU向量运算单元，两万多晶体管，那是整个昆仑工程最复杂的芯片，宋颜教授亲自带队，前后设计了将近一年。
九千多颗晶体管，虽然只有KL-VU的一半，但复杂度完全不同。
KL-VU的逻辑是规整的、重复的，一个加法器阵列，控制逻辑规规矩矩。
通路控制芯片的逻辑是高度耦合的、状态相关的、并发处理的。
“这不是芯片设计。”小张海低声说了一句，“这是把一个小型实时操作系统固化在硬件里。”
吕辰点点头：“小张海说得对，正因为复杂，所以才落到我们头上。”
他转向开始讲起设计关键。
“通路控制芯片的本质，就是一个硬件实现的实时操作系统。摘机、拨号、挂断，都是毫秒级事件。芯片必须在几十毫秒内完成查表、选路、闭合开关、回送拨号音。响应慢了，用户就能感觉到卡顿。”
他在白板上写了一个数字：50毫秒。
“这是从摘机到听到拨号音的上限。超过这个时间，用户会觉得这个电话是不是坏了。”
他在系统架构图旁边画了一个方框，标注了“通路控制芯片”，然后在方框周围画了七个箭头，指向交换矩阵、状态表、仲裁器、信令接口、微程序接口、时序单元、故障诊断。
“大家看，这七个模块，不是孤立工作的。”
他用粉笔在模块之间画了几条连线。
“信令接口检测到摘机，通知仲裁器。仲裁器查询通路状态表，找一条空闲的输出线。找到了，通知交换矩阵控制逻辑闭合开关。同时，通过微程序接口上报‘呼叫请求’，等待微程序做号码分析。”
“拨号的时候，信令接口接收脉冲，每收到一位号码，就暂存在数据缓冲里。收齐了，微程序通过接口读走，分析路由，然后下发‘建立通路’指令。芯片执行指令，再次查表、选路、闭合开关。”
“挂断了，信令接口检测到挂机，通知交换矩阵控制逻辑断开开关，更新通路状态表，通过接口上报‘释放完成’。”
他放下粉笔，拍了拍手上的灰。
“七个模块，要在一个时钟域里协同工作。时序不能乱，数据不能丢，冲突不能死锁。”
他转过身，看着台下：“这个任务，有些挑战，但还没突破咱们的能力。”
他顿了顿：“七个模块9000多颗晶体管，听起来很复杂。但和昆仑1的KL-VU那两万多晶体管比起来不算什么。宋教授他们画了KL-VU大半年，但那是从零开始，没有任何参考。钱教授已经用分立元件搭出了完整逻辑。我们要做的，不是发明，是集成。”
吕辰虽然说的轻松，把分立元件的电路图，翻译成晶体管级的版图。
这听起来像是“照抄”，但实际难度大得多。
分立元件的电路，用的是电阻、电容、二极管、三极管，几十个元器件搭一个触发器，几百个元器件搭一个计数器。
到了芯片上，一个触发器只要几个晶体管，一个计数器只要几十个晶体管。
翻译的过程，是重新设计的过程。
而且2微米工艺的版图设计规则，和分立元件完全不同。
线宽、间距、对准精度、寄生效应，每一个参数都要重新计算。
小张海叹了口气：“咱们六个人，能干得过来吗？这个活儿，比工业计算机的任何一颗芯片都难。”
“所以才要我们干。”吕辰的语气很平静，“容易的事，别人就干了。”
长条桌周围沉默了好一会儿。
既然免不了，大家也都打起精神，进入具体的工作之中。
郑强第一个开口：“吕师兄，多路呼叫同时到达的时候，仲裁器用什么优先级算法？”
吕辰拿起粉笔，在白板上写了几行字。
“固定优先级。输入线编号越小，优先级越高。最简单，占芯片面积最小。”
“但是，这样不公平。低优先级的线可能永远得不到服务。”
他在后面又加了一行：轮询。循环扫描，每条线机会均等。公平，但逻辑复杂一些。
“我的建议是，用固定优先级做第一版。先跑通，再看实际场景需不需要改。如果现场测试发现低优先级线路确实被‘饿死’了，第二版再改轮询。”
刘伟指着白板上的“通路状态表”模块，表情有些凝重。
“吕师兄，64x64交换网络，理论上需要管理4096个交叉点开关的状态。但实际用不了那么多，因为每条输入线同时只能接通一条输出线。真正需要记录的状态，是64条输入线和64条输出线的‘忙/闲’状态，一共128个比特。”
他在本子上算了算。
“128个触发器，加上比较器和更新逻辑，面积可控。”
“但是——”
他顿了顿，抬起头。
“如果我们想扩展，从64x64扩到128x128，甚至256x256呢？状态表的大小会指数级增长。”
吕辰看了他一眼。
“这个问题问得好。模块化、可级联。”
他在白板上画了一个方块，标注了“通路控制芯片”，然后在方块四周画了几组箭头。
“芯片内部，我们预留级联接口。多颗芯片可以协同工作，每颗管一部分交换网络。第一颗管0-63，第二颗管64-127，以此类推。呼叫请求落在哪颗芯片的管辖范围，就由哪颗芯片处理。跨芯片的通路，通过芯片间的握手信号建立。”
“这样，从小规模4x4到大规模256x256，不需要重新设计芯片，多放几颗并联就行。”
刘伟的眼睛亮了一下，在本子上飞快地记。
李华开口了：“吕师兄，2微米工艺，九千多颗晶体管，芯片面积大概多大？”
吕辰想了想，在纸上估算了一下。
“2微米工艺，一个晶体管加上连线，大概占几十到一百平方微米。九千颗，大概一平方毫米左右。加上布线和pad，估计两到三平方毫米。”
李华皱了皱眉：“面积不大，但是功耗呢？9000颗晶体管同时翻转，瞬态电流不小。电源网格设计不好，会有压降，导致逻辑出错。”
“而且，2微米工艺的金属线宽有限，大电流通过的时候，会有电迁移风险。时间长了，线会断。”
吕辰点了点头，在本子上记了下来。
“小华说得对。电源网格和电迁移，是这次设计的重点。每一版版图都要做电源完整性分析，电流密度超标的，加宽金属线或多打孔。”
张明举手：“师兄，可测性设计呢？9000颗晶体管，七个模块，要是流片回来发现有bug，怎么定位？”
吕辰看着他，等他说下去。
“我的建议是，在芯片内部嵌入一个‘诊断寄存器链’。把各个模块的关键节点，通路状态表、仲裁器的输出、交换矩阵控制逻辑的选通信号，全部引到这个链上。”
他描述道：“测试的时候，通过微程序接口向诊断寄存器链写一个‘快照’命令，芯片内部把当前所有关键节点的状态冻结，然后通过链逐位输出。这样，我们就可以知道故障时刻芯片内部到底发生了什么。”
吕辰点头：“这个方案好。诊断寄存器链，加到设计规范里。所有关键节点，全部引出。”
讨论持续了一整个下午。
第二天早上，大家又继续讨论。
白板上的图擦了写、写了擦，反反复复好几遍。
笔记本上记满了各种技术要点和待解决的问题。
到中午的时候，七个模块的接口定义基本确定了。
每个模块的输入输出信号、时序要求、与其他模块的交互方式，都有了明确的规范。
吕辰站起来，活动了一下僵硬的脖子。
“同志们，今天的讨论就到这里。明天开始，分模块做逻辑设计。”
他拿起粉笔，在白板上写了六个人的名字，每个名字后面标注了负责的模块。
“张明，交换矩阵控制逻辑和通路状态表。这是芯片的心脏，也是最复杂的两个模块。你一个人负责。”
张明点了点头。
“郑强，仲裁器和信令接口。仲裁器要好好设计，既要简单，又要公平。信令接口的采样窗口要算准，不能误判。”
郑强在本子上记了一笔。
“刘伟，微程序接口和时序控制单元。接口寄存器组的设计要规整，方便微程序那边调用。时序单元要保证全芯片时钟同步。”
刘伟点了点头。
“王军，故障检测与诊断逻辑，加上电源网格设计。诊断寄存器链的方案，你牵头细化。”
王军嗯了一声。
“小华，可测性设计和测试向量。芯片出来以后，怎么测、测什么、怎么定位故障，你全权负责。”
李华坐直了身子。
“小张海，你负责整体集成。七个模块设计完了，你要把它们拼到一起，做全芯片仿真。时序收敛、功能验证，你盯着。”
小张海深吸了一口气，然后用力点了点头。
吕辰最后写上自己的名字：“模块之间的接口争议，我来裁。解决不了的问题，我去协调。”
他看着这六个人：“同志们，通路控制芯片，是701工程的心脏。这颗芯片做不出来，程控交换机就是一堆废铁。程控交换机做不出来，20个节点的网络就建不起来。”
他顿了顿，目光从每一张脸上扫过。
“我们七个人，要把这颗心脏造出来。”
会议室里安静了一瞬。
然后，六个人几乎同时站了起来。
没有人说话，但每个人的腰板都挺得很直。