2017年のシベリアとカザフスタンの厳しいマイクロエレクトロニクス：トムスク、ノボシビルスク、アスタナのVerilog、ASIC、FPGA

2017年は、ロシアのマイクロエレクトロニクスの初期のエコシステムに大きな変化があった年でした。 これらの変化は、以前はロシアの鉄に無関心だった社会によってさえ気づかれました。 ELVIS-NeoTekのスマートカメラ用のロシアのELISEチップが、開発者にとって便利なボードに登場しました 。 このボードは、ロシアのテレビの最初のチャンネルで紹介されました 。 バイカルの住民がモスクワ州立大学と共同で作成したリモートラボのサーバーにアクセスすることで、どのプログラマでもロシアのプロセッサバイカルTを使用できるようになりました。 彼らはNIIISのロシア製プロセッサを通信機器に使い始めました。



単一の成功から発展したエコシステムに移行するには、教育を強化する必要があります。 9月、トムスクで会議が開催され 、モスクワ、シベリア、ヴォルガ地域、カリフォルニア、その他の場所の教師とエンジニアがマイクロエレクトロニクスを教える経験を交換しました。 同時に、SystemVerilog、VHDL、FPGA、CPU IPのトレーニングセミナーがありました。ロシア人だけでなく、中国やベトナムの学生も参加しました。 カットの下-このイベントと関連イベントに関するレポート。 俳優：トムスク大学とノボシビルスク大学、モスクワ州立大学、モスクワ物理工科大学、モスクワ経済研究所、ノボシビルスクライセウム、ロシア企業MTsST、アメリカンMIPS、AMDとナショナルインスツルメンツ、ブリティッシュイマジネーション、カザフナザバエフ大学。







シベリア料理のレストランでのセミナーの素敵な夕食の写真を見る前に、技術宇宙の別の部分からこの投稿に来た人たちのために、宇宙における議論された技術の位置について少し話してみましょう。



深刻な現代の電子機器には、ハードウェアとソフトウェアの二元性があります。







ハードウェア記述言語では、プロセッサが設計されているだけでなく、システム内の周辺機器コントローラとその接続も設計されています。







あなたはすべて、プログラムがどのようにコンパイルされるかを知っています-プロセッサが実行する命令で：







しかし、ここでは、Verilog機器の記述言語での回路の記述は、命令ではなく回路でコンパイル（合成）されています。 特別な場合として-メモリから取得して命令を実行するプロセッサ回路へ。 最終的に、ベリログの説明は、マイクロサーキットのトラックとトランジスタに変わります。 正直なところ、これは「マイクロコード」ではありません（「マイクロコード」とは別のものです）。 したがって、「ベリルでのプログラミング」は完全に正しいとは言えません。「HTMLでのプログラミング」は、回路ではなくフォンノイマンマシンに対する一連の命令です（ベリルは飛行機で飛行機を旅する方法のプログラミングにも使用できます）。 「レジスタ転送レベルでベリログのスキームを設計する」、または単に「ベリログにコードを書く」と言うのは正しいことです。







それでは、トムスクのイベントに移りましょう。 デジタルマイクロ回路の開発に関するワークショップを開催するというアイデアは、2016年12月にカリフォルニア州シリコンバレーのビールセンターにあるこのテーブルで生まれました。 物理学者/化学者のアナトリー・コーキン（左から2番目）は、半導体産業で生産技術を作成する人たちを含む物理学者と化学者のために、トムスクで純粋な会議を行う予定でした。 アナトリー自身はかつてアリゾナ州のモトローラで働いていたが、彼が会議に招待した同僚の何人かは、メモリチップの製造技術を開発した。



問題は、プログラマー自身のいない物理学者がコンピューターシステムを構築しないことです。 さらに悪いことに、物理学者はプログラマーでこのシステムを構築しません。 コンピューターまたはガジェットが機能するには、マイクロアーキテクチャ、レジスタ転送レベル（RTL）での機器の論理設計、論理および物理合成を使用した設計の自動化（論理合成、フロアプランニング）を含む一連の技術による物理とプログラミングの橋渡しが必要です、配置とルート）。 そのため、アナトリーは、カリフォルニア大学のチャールズダンチェクの教授と会いました。彼は昨年、MISiSで非常に人気のある講演を行い、チップデザインチェーンの概要 （左から最初）、AMDマネージャーのティムルパルタシェフ （右から最初）、そして謙虚な召使です。 また、シベリアでセミナーを開催することが決定されました（ただし、ティムールとチャールズはリモートでしか参加できませんでした）。







トムスクは、居心地の良いセンターと、シリコンバレーのアーキテクチャとは非常に異なる多数の建物を備えた、視覚的に興味深い都市であることが判明しました。







トムスク州立大学（私たちはその中にセミナーを開催しました）、トムスク工科大学（学生は私たちからやって来ました）、トムスク制御システムおよび無線電子工学（TUSUR）を含むいくつかの大学がトムスクにあるため、市内では、住民の割合が高くなっています）、そこからリスナーが来ました：







初日、学生はICSTおよびMIPTのニキータポリヤコフ（左側にひげ-Verilogを教えた）とサマラ大学のイリヤクドリャフツェフ（右側にひげ-VHDLを教えた）によって教えられました。 VHDLは機器を記述するための言語でもあり、すべての国の軍隊と一部の企業（テキサスインスツルメンツ、IBM、イマジネーションテクノロジーズ）の一部のグループに愛されています。 Apple iPhone内のPoverVRはVHDLで記述されています。











学生はテーブルにそのようなボードを持っていることに注意してください：







このボードの中央チップは、「変化する鉄」FPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはFPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）です。 FPGA / FPGA-可変論理関数を持つセルのマトリックス。 1つのセルがANDになり、別のセルがORになり、3番目のセルがメモリビットになります。 このFPGAにはプロセッサはありませんが、特別なコンフィギュレーションメモリの内容を変更することにより、オンザフライで作成できます。そのコンフィギュレーションメモリのビットは、セル機能を変更するマルチプレクサに接続されます。







別の部屋での会議で、エレクトロニクスを教えることになると、各ロシアの大学はそれぞれの顔を持っていることを観察するのは興味深いことでした。



1.モスクワ電子技術研究所（MIET）は、アレクサンダーシランテエフの写真（下のスライドを参照）に見られるように、ゼレノグラードの電子企業との関係で有名です（ http://multicore.ru、http://milandr.ru、http：// km211 .ru ）、工場MikronおよびAngstrom、およびそれらを取り巻く他の企業。



2. Moscow Institute of Physics and Technology（MIPT）は、プロセッサアーキテクチャとマイクロアーキテクチャに基づいています。 これは、モスクワ物理研究所とICST（Elbrus開発者）およびIntelとの協力により起こりました。



3.モスクワ州立大学（MSU）は、電子設計の自動化（Electronic Design Automation-EDA）のアルゴリズムに焦点を当てています。



4.地域の大学-ニジニノヴゴロドNSTU、サマラ大学（旧サマラ州航空宇宙大学-SSAU）、ノボシビルスクNSTU-チップ設計ではなく、システムレベルで、マイクロコントローラ、DSP、FPGAのコースを提供します。ロシアの機器メーカー。







AMDのTimur PaltashevとMIPSの私に加えて、他の開発会社の代表者が会議で次のように話しました。



1. Sergey Brazhnikov（NPK Technological Center）は、CADソフトウェア「Ark」を使用してセミカスタムVLSIシステムを設計するためのプログラムについて話しました。



2.ロシア科学アカデミーのシステムプログラミング研究所（ISP RAS）の主要な研究者であるAlexander Kamkinが検証について話しました。 彼は「マイクロプロセッサ検証の一般的な方法論：テストプログラム、実行パス、RTLモデルとアーキテクチャモデルの協調シミュレーション」というレポートを作成しました。 MicroTESKツールを使用したMIPSアーキテクチャを備えたマイクロプロセッサのテストプログラム生成の自動化。



3.ナショナルインスツルメンツの代表者は、制御デバイス、特にLabVIEW用のプロトタイピングツールについて話しました。



すでに述べたように、セミナーのレポートの一部は削除されました。 eNano （ RUSNANOの教育部門）の人気の遠隔学習コースの著者であるCharles DanchekとAMDマネージャーのTimur PaltashevがカリフォルニアのSkypeで講演しました。







上段の灰色のキャップには、 Universityで最も単純なRISCプロセッサであるschoolMIPSプロジェクトの作成者であるStanislav Zhelnioがいます。







学童でもschoolMIPSの構造を理解することができますが、その説明は数百行しかありません。 しかし同時に、標準のGCCツールチェーンを使用してコンパイルされたプログラムはschoolMIPSで実行できます。







Stanislav Zhelnioは、MIPS microAptiv UP産業用プロセッサコアのバリアントであるMIPSfpgaプロセッサも大幅に拡張し、独自のコプロセッサの作成やコンベヤの動作の監視などのプロジェクトのために大学の研究者に無料で提供しました。 スタニスラフは現在MIPSfpga +プロジェクトを実行しており、これに割り込みコントローラー、外部SDRAMからのインターフェースを追加し、Altera / IntelFPGAボードでLinuxを移植しました。



MIPSfpgaは小さな経済的なカーネルと見なされますが、schoolMIPSよりも数百倍多い行数であり、MIPS32アーキテクチャを完全に実装し、バイパス付きの5段パイプラインを使用して命令を実行し、キャッシュとメモリ管理デバイスを含みます：







しかし、比較のために、MIPSfpgaよりも桁違いに多くのベリログラインを含むMIPS I6400プロセッサコアパイプライン。 64ビットMIPS I6400は、マルチスレッドおよび仮想化のハードウェアサポート、ベクターレジスタ、およびマルチコアシステムのキャッシュの一貫した状態を保証するコヒーレンスマネージャーとのインターフェイスを備えたスーパースカラーパイプラインを中心に構築されます。







ここでは、セミナー参加者がschoolMIPSを光センサー付きチップ上の最も単純なシステムに統合することについて説明します。







しかし、左側-schoolMIPSをマスターした女子高生ダーシャクリボルチコ、および右側-会議の主催者である厳しいチェリャビンスク女性化学者Katerina Polutina：







ここでダーシャは、schoolMIPSに乗算命令を追加した方法を説明します。







ダーシャは、トムスクライセウム8番でも演奏しました。







しかし、別の学生、Arseny Chegodaevが彼のプロジェクトを示しています。 彼はトムスクにも小学生向けの特別セクションでプレゼンテーションをするために来ましたが、ノボシビルスクの若いプログラマーのためのサマースクールでビデオ自体を作りました。







最後に、セミナーで私たちのスピーカーと教師の会社はシベリア料理の洗練されたレストランで食事をしました。







かんな魚、冷凍タイガベリー、その他の地元の珍味があります：







電話会議の一連の短い未編集ビデオと電話のコース：







長い未編集のエントリ：







評決 ：トムスクは、教師とのミーティング、ブレーンストーミングセッション、その他の同様のイベントを開催するのに最適な場所です。 これは、マスコビとペテルスブルガーの雰囲気を変える機会であり、博物館のコレクション（Kulai文化の地元の歴史、Gulag博物館など）は、シリコンバレーやその他の遠方からのゲストを含め、興味深いものです。 そこに戻りたいです。 マイクロエレクトロニクスの開発のための真剣なセンターはまもなくトムスクにありませんが、ハリスとハリスの教科書はすでに大学で使用されており、人々は賢いので、そのような焦点の出現は可能であり、努力の量の問題です。



私が気づいた現在のロシアのマイクロエレクトロニクストレーニングプログラムの最大のギャップは、SystemVerilog、カバレッジベースの制約付きランダム、アサーション、フォーマルなどを使用する材料と検証教師（ユニットレベルとシステムレベル）の深刻な不足です-このグループなし実際のチップの技術は実行できません。



トムスクの後、ノボシビルスクがあり、そこでは、学童向けテクノパークの責任者であるタチアナ・コレスニコワの指導の下で、1ダース（またはそれ以上）のノボシビルスクライセウムの2日間のセミナー/ハッカソンが開催されました。 テクノパーク自体は、ノボシビルスク大学のキャンパスの住民が「ギース」と呼ぶ建物内にあります。 レストラン「ギース」もあります。



LJのこの建物の写真を次に示します（この建物の私の写真はあまり印象的ではありません）：







入り口には、厳しいシベリアの農民を描いたポスターがありました。







学童向けのセミナーとハッカソンは、2つの部分で構成されていました。集積度の低いマイクロ回路を使った演習とFPGA / FPGAを使った演習です。 FPGA を使用した演習では、このようなセットが基礎として使用されました。







わずかな集積度のマイクロ回路（私たちはCMOS 4000を使用しました）-これは古いものです（1970年代以降に発行されました）が、それでもロジック要素、Dトリガーの動作、シンプルなカウンターを表示する最も明白な方法です。 これは、学生の脳内でスキームのメンタルモデルを構築するのに役立つため、FPGAとVerilogでの作業の準備に役立ちます。 そうしないと、学生はベリログを奇妙なバージョンのPythonのようなものとして扱い、その結果、効果のないスキームが作成されます。







セミナー/ハッカソンでの講義：







結果 ：

1. 生徒は1日未満でCMOS 4000を整理しましたが、時間がないため、この資料は省略できます
2. Verilogは1日で組み合わせロジックのみを処理できます
3. VerilogのSerilogロジックには2日目またはそれ以上の準備が必要な例が必要です

ノボシビルスクアカデムゴロツクでの2日間のセミナー/ハッカソンの前に、 キエフで毎週のセミナー/ハッカソンがあり、ノボシビルスク地域で若いプログラマーのための 2週間のサマースクールがありました 。 3つのセミナーすべての比較は、10月8日に行われたモスクワ州立大学のラウンドテーブルでの プレゼンテーションにあります 。 ここに彼の資料があります。 この円卓会議は、RUSNANOの教育部門であるeNanoによって開催されました。



ノボシビルスクの次の目的地は、カザフスタン共和国のアスタナにあるナザルバエフ大学でした。 メインの入り口から、大学は次のようになります。







中に入る：







FPGAボードを使用します。







カザフスタン共和国はかなり興味深い場所です。 一方では、天然資源（鉱石、ガス、石油、ウラン）で経済が構築されている国です。 一方、カザフスタンの社会は、国家の組織と文化の両方の点でロシアの社会と非常によく似ています。たとえば、カザフスタンでは良い博物館です。 たとえば、アブダビ（私はカザフスタンから飛びました）では、社会はより豊かですが、博物館は最近建てられました（またはむしろ購入されました）。



Timur Paltashev（AMD出身）は、1970年代にカザフ工科大学でECコンピューター（IBM 360/370）のマイクロコードを作成する実験が行われ、現代に近づくと、知り合いのDzholdas Dzhuruntaev（右）がデジタルの基礎についてまともなコースを書いたと私に言った回路、ただしエリアの一部のみをカバーしていますが、現在は十分ではありません。







しかし、カザフスタンは現在、マイクロエレクトロニクス分野の生態系開発の非常に初期の段階にあります。 ナザルバエフ大学（モスクワ物理技術研究所の人々がいる）や他のカザフスタンの組織の経営陣は、開発を最適化するために頭を悩ませています。 彼らは、VLSIの主題に精通している海外の教師を何人か招待しました。 教師はVHDLのコースを導入し、現在FPGAのラボを導入し始めています。 彼らは、マリオットレジデンスインに似た大学の高品質なアパートに住んでいます。



FPGA / FPGAの情報処理を使用して望遠鏡から情報を収集するためのデバイスを作成するナザルバエフ大学（私は彼女を撮影するのを忘れていたのは残念です）の女の子がいました。



大学はまた、カザフスタンの住民にメーカーの文化を広めようとしており、地元のカザフスタン企業との協力を確立する方法を考えています。 そのような会社があります。 たとえば、スイッチのメーカーであるエルテックスアラタウ、またはこれらの2人の紳士がいます。左側には、複数のマイクロコントローラーと組み込みプロセッサに基づいてカザフスタンで設計された耐震アナライザーを備えたコンスタンチンマリシッチが、右側には、カザフ鉱夫が着用するデバイスのネットワークの開発者であるウラジミールマホニンがいます。 ウラジミール・マホニンは、カザフスタンで最初のASICを作るという考えを持っています（ゼレノグラードのロシアの同僚と共同で）：







最後に、資料を統合するために、カリフォルニア州サンタクララのIntelで働いているロシアのエンジニアであるAmir Ayupovによるプレゼンテーションで、理論のスライドをさらに2つ示します。彼はIntelプロセッサのマイクロアーキテクチャをモデリングし、パフォーマンスを分析します。 10月、Amirと私は、トムスクでのセミナーの参加者の1人であるイリヤクドリャフツェフの学部長の要請に応じて、サマラ大学の学生の士気を高めるためにSkypeの共同講義を行いました。 2つのプレゼンテーションのすべてのスライドと音による講義はここにあります 。 アミールは、彼の同僚であるMIPTの教師であるPavel Kryukovのプレゼンテーションからこれらのスライドを取りました。











9月、Amirはモスクワ州立大学の海軍を訪問しました。そこでは、VerilogとFPGAを備えたラボが急速に開発され、教育目的で独自の小型MIPS互換プロセッサコアを設計しました。 モスクワ州立大学のセルゲイ・ロズキン海軍の副学部長とウラジミール・ジュコフ海軍の学生と一緒にいるアミール（左）です。







私はアミールとVMKU MSUスタッフに何をもたらしましたか？私たちは、トムスクでのセミナーの参加者と一緒に、VerilogとFPGAのマニュアルで協力し、例えばMITのコース教材を超えるマニュアルを作成することを目標にしています。 この機会に、1月25日月曜日にモスクワ州立大学で会う予定です。その後、サンクトペテルブルクでも新年の週に別の会議が開かれるかもしれません。 年末年始に向けて、このプロジェクトの多くの参加者がこれらのラボを作成します。 以下は、パイプラインの原則に関するラボからの写真です。GitHubで保持しているコード（テキストではありません。テキストは、全員が書いてコースのベータテストを開始すると表示されます）：







概要：エレクトロニクスエコシステムの開発における次の段階は拡大です。 ロシアが国内市場向けに特化した超小型回路を開発するための少数のチームを持っているだけでは十分ではありません。すべてがシリコンバレーのようになるには、大学はVerilogおよびVHDLハードウェア記述言語で論理ブロックを開発し、Synopsys IC CompilerやCadence Innovusなどの物理設計用ソフトウェアを使用して独自のアルゴリズムを作成するスキルを持つ若いエンジニアを卒業する必要がありますチップ設計などの自動化のためのロシアのプログラム レジスタ転送方法（RTL）を使用したスマートチップ設計の分野の最初のステップは、FPGA（Field Programmable Gate Arrays）マイクロ回路に基づいた可変鉄を使用したプロジェクトを使用して、体育学校のすでに上級の学生が行うことができます。



モスクワとサンクトペテルブルクでの会議の後-継続する。