Ассистент

Системы на кристалле для России: мозги смартфонов и самоуправляемых автомобилей

Виктор UA6EM -> Всем, Ай-ТИШНИКИ
19 мая 2017 15:27
Системы на кристалле для России: мозги смартфонов и самоуправляемых автомобилей

18-22 сентября в Томске пройдет конференция NGC/CTRP-2017, один из фокусов которой - школа-семинар “Цифровая схемотехника и  архитектура компьютеров в эру систем на кристалле и интернета вещей”.  Школа-семинар состоит из двух основных секций: совещание по организации  преподавания проектирования микросхем в университетах, и учебные классы по  базовым технологиям, с использованием образовательных материалов от Imagination  Technologies, а том числе перевода на русский язык популярного учебника Дэвида и  Сары Харрис “Цифровая схемотехника и архитектура компьютеров”, пакета для  прототипирования систем на кристалле MIPSfpga, а также расширенного курса использования микроконтроллеров  Connected  MCU. Для упражнений во время учебных классов будут использоваться платы с  ПЛИС (программируемыми логическими интегральными схемами) от Xilinx и Altera (сейчас отделение Intel).

Информация о регистрации - в конце этого текста.

Системы на кристалле (system  on  chip, SoC), проектирование высокоинтегрированных микросхем с гетерогенными  IP-блоками (CPU, GPU, DSP) - технологическая основа для многих культурных феноменов современного  мира, включая смартфоны и быстрый интернет. Значение этой группы технологий еще  больше увеличивается с лавинообразным внедрением в автомобильную промышленность  чипов для ADAS (advanced  driver-assistance  systems) и последующим распостранением самоуправляемых автомобилей.

К сожалению, появление ключевых технологий, на которых базируется  проектирование систем на кристалле, в мире по времени пришлось аккурат на период  коллапса СССР (конец 1980-х - начало 1990-х годов). Западные университеты  довольно быстро внедрили в программу обучения языки описания аппаратуры  (hardware  description  languages - HDL), методологию проектирования на уровне регистровых передач  (register  transfer  level - RTL), маршрут проектирования RTL-to-GDSII, превращающий код на языках Verilog и VHDL в геометрическое представление дорожек и транзисторов на кремнии, а  также лабораторные работы с использованием реконфигурируемых микросхем  FPGA (field-programmable  gate  arrays). Все эти технологии были внедрены в России гораздо позже, и сейчас их  преподавание сконцентрировано в небольшом количестве топ-университетов, таких  как МИЭТ в Зеленограде и ИТМО в Санкт-Петербурге.

При этом, сейчас в мире растет потребность в устройствах для интернета  вещей, в умных чипах с аппаратной поддержкой распознавания графических образов,  а также системах машинного обучения. Все эти рынки открывают ниши для разработки  новых микросхем, которыми могли бы заняться и разработчики России, страны с  богатыми инженерными традициями. Так как современное проектирование отделено от  производства, а мир глобализован, то российские разработчики могут лицензировать  западные средства проектирования и IP-блоки, а также использовать азиатские фабрики.

В России уже появились успехи на пути проектирования сложных микросхем  ASIC (application-specific  integrated  circuits). Российская компания Байкал Электроникс спроектировала систему на  кристалле российского встроенного микропроцессора Байкал-Т, который используется  для станков с числовым программным управлением и в контроллерах газопроводов.  Российская компания ЭЛВИС-НеоТек спроектировала аппаратный блок для обработки  изображений внутри чипа ELISE в совместном проекте с британско-американской компанией Imagination  Technologies. Эти проекты финансируются РОСНАНО и поддерживаются российским  правительством.

Тем не менее, в России таких компаний как Байкал и ЭЛВИС, гораздо  меньше, чем подобных компаний в Калифорнии и в Азии. Основным ограничивающим  фактором для России является недостаток армии инженеров, которые могли бы  спроектировать разнообразные чипы для появляющихся на горизонте применений. В  российском обществе распостранены различные заблуждения, вроде того,   что эти технологии якобы только для каких-то далеких людей в белых  халатах, группирующихся вокруг Стива Джобса, а в России нужно якобы только  программировать готовые чипы. В университетских программах есть провалы,  связанные именно с тем, что когда маршрут RTL-to-GDSII появился в 1990-х на Западе, преподавателям в России было не до  университетских программ. Игнорируется возможность интеграции концепций  HDL и RTL в программы физматшкол, где их можно было бы привязать к математической  логике, теории конечных автоматов и электричеству, подобно тому, как обогатило  советские школьные программы введение в середине 1980-х годов элементов  программирования.

Цель школы-семинара в Томске - дать толчок широким изменениям, с помощью  группы преподавателей и представителей российских и международных компаний,  которые уже работают над привязкой российской системы образования к электронной  промышленности.

Согласно предварительному плану, на школе-семинаре выступят  преподаватели ведущих российских и украинских университетов, которые поделятся  опытом постановки преподавания:

·          Никита Поляков, преподаватель МФТИ и старший инженер АО "МЦСТ" в отделе  логического проектирования, сделает введение в язык описания аппаратуры  Verilog и методологию проектирования схем на уровне регистровых передач  (register  transfer  level - RTL), с практикумом на программируемых логических интегральных схемах  (ПЛИС) Altera в среде Quartus  II.

·          Илья Александрович Кудрявцев, декан Самарского университета, расскажет  про синтезируемое подмножество языка описания аппаратуры VHDL   и покажет, какие схемы порождаются из какого кода при использовании  среды Vivado и ПЛИС Xilinx.

·          Александр Валериевич Барабанов, доцент Киевского Национального  университета, вместе с Чарльзом Данчеком, приглашенным из США преподавателем  Университета Калифорнии Санта-Круз, отделение в Кремниевой Долине - проведут  обзорные лекции про все этапы проектирования и производства микросхем:  cпецификация, кодирование на языке описания аппаратуры, логический  синтез, анализ временных задержек; отладка и гарантии качества: cимуляция, эмуляция и верификация; размещение и трассировка с учетом  природы материалов и электрического тока; от проектирования к полупроводниковому  производству.

Помимо докладов о преподавании, на школе-семинаре будут представлены и  доклады о российских разработках:

·          Про искусство функциональной верификации на уровне цифровых блоков, язык  SystemVerilog и библиотеку Universal  Verification  Methodology расскажет Иван Графский, инженер по проектированию ПЛИС в  АО "РАА Спецтехника".

·          Про верификацию микропроцессов на уровне архитектуры, а также про  архитектуру MIPS расскажет ведущий научный сотрудник Института системного  программирования РАН (ИСП РАН), руководитель проекта MicroTESK   Александр Камкин.

·          Сергей Бражников из НПК "Технологический центр" расскажет про сделанные  в России средства автоматизации проектирования "Ковчег" и маршрут проектирования  полузаказных СБИС БМК.

Выступят исследователи и разработчики формирующегося сообщества вокруг  MIPSfpga, версии промышленного микропроцессорного ядра MIPS  microAptiv  UP, которая лицензируется университетам от Imagination  Technologies:


·          Юрий Панчул, cтарший инженер по разработке и верификации аппаратуры в команде  микропроцессорного ядра MIPS  I6500 в Imagination  Technologies, Санта-Клара, Калифорния, сделает два доклада:

o     Микроархитектура: между архитектурой и уровнем регистровых передач.  Пример для изучения: процессорные ядра MIPS  c микроархитектурой, оптимизированной для различных  приложений.

o     Системы на кристалле (СнК) - ключевая объединяющая технология создания  цифровых устройств. MIPSfpga  как первый шаг к обучению создателей СнК.

·          Станислав Леонидович Жельнио, Газпром-информ, расскажет про свои  разработки на основе MIPSfpga, включая подключение периферийных устройств, разработку внешнего  контроллера прерываний, разработку отладочного интерфейса, а также планы по  портированию Линукса на системы на основе MIPSfpga, синтезированные для плат с ПЛИС Altera.

·          Группа сотрудников Национального исследовательского университета  «Московский институт электронной техники» (МИЭТ) расскажет про свой опыт  интеграции MIPSfpga с системной шиной Wishbone, популярной в исследовательском сообществе. С докладами выступят  Евгений Владимирович Примаков и Александр Михайлович  Силантьев.

·          Борис Ивашинников, магистр кафедры Промышленной электроник из  Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета, приведет  свой пример интеграции видео терминала с сиcтемой на основе MIPSfpga.

Один из дней конференции будет посвящен не разработке микросхем, а  использованию уже готовых чипов в встроенных системах

·          Преподаватель Новосибирского государственного технического университета  Владимир Александрович Микерин, работающий вместе с Владимиром Карповичем  Макухой, расскажет про кластерный подход к преподаванию аналоговой и цифровой  схемотехники, микропроцессоров, микроконтроллеров и ПЛИС, с демонстрацией  лабораторных  стендов, которые они испольуют у себя в  университете.

·          Антон Евгеньевич Моисеев, преподаватель Нижегородского технического  университета, расскажет про использование микроконтроллеров и встроенных  процессоров в деле подготовка инженеров для создания встроенных систем для  управления промышленным оборудованием и моторами мобильных  роботов.

·          Юрий Панчул, инженер Imagination  Technologies, также представит образовательный курс Connected  MCU, который привязывает обучение студентов программированию  микроконтроллеров к компьютерной архитектуре и использованию операционных систем  реального времени, на примере FreeRTOS и микроконтроллеров Microchip  PIC32MZ на основе микропроцессорного ядра MIPS  microAptiv  UP.

Из  других докладов:

·          Тимур  Палташев, Старший менеджер в Radeon Technologies Group, Advanced Micro Devices  (AMD) в Саннивейл, Калифорния, и одновременно профессор Санкт-Петербургского  Университета ИТМО - расскажет про академическую сеть AMD и инициативу открытого  кода GPUOpen, API OpenGL/Vulkan  и Radeon Open Compute (ROCm),  экза-суперкомпьютеры и нейронные сети на GPU.

·          Андрей Огнев            из МФТИ  расскажет про образовательные программы для школьников в этом ведущем  вузе.

·          Александр Калачев, доцент кафедры вычислительной техники и электроники  Алтайского государственного университета, расскажет про приложения  реконфигурируемых вычислительных устройств.

В целом, доклады, курсы и планируемые обсуждения на школе-семинаре,  широко покрывают спектр технологий, который стоит между программированием и  физикой, в деле создания умных устройств для интернета вещей, распознавания и  другого прикладного “искусственного интеллекта”. На этой базе можно планировать  следующие шаги - в создании в России исследовательского сообщества в области  продвинутой микроархитектуры, разработки гетерогенных систем на кристалле со  специализированными аппаратными ускорителями для сложных алгоритмов, а также в  создании российских средств автоматизации проектирования электроники. Все эти  области дают молодым россиянам больше возможностей для интересных и престижных  работ, способах самореализации в качестве ученого, инженера или  бизнесмена.


Подробная информация о конференции NGC/CTRP 2017 (частью которой является наша школа-семинар) и онлайн регистрация  на сайтe:

http://nanoandgiga.com/ngc2017


Участники-школы семинара Digital  Design регистрируются также как и все остальные участники конференции и могут  принять участие во всех ее мероприятиях конференции NGC/CTRP 2017.


Для оплаты оргвзноса в рублях российским участникам необходимо  зарегистрироваться на сайте конференции АПР (переход по ссылке с сайта  конференции NGC2017). Доклады на школе-семинаре будут проходить на русском языке или с  переводом иностранных докладчиков. Доклады на конференции NGC2017 - на английском без перевода, доклады на конференции АПР - на  русском без перевода.

При необходимости дополнительной информации о  регистрации просим обращаться к Катерине Полутиной  по адресу электронной почты: katrinpolly@gmail.com