理論的なキャリアガイダンスに加えて、このコースを使用して、FPGAおよびプロセッサの設計のための実用的なサマースクールの学生を選択することができます。 そのような学校は今年ゼレノグラードで計画されており、そのプロトタイプは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テストされ、昨年のキエフの学童のためのエレクトロニクスウィークでテストされました。 また、ハードウェアで実装されたニューラルネットワークや、VGAディスプレイへの出力を備えたゲームのハードウェアでのハッカソンを試みることもできます（詳細は後の記事で説明します）。
3つのモジュールのそれぞれに含まれているものについて簡単に説明します-「トランジスタからマイクロ回路まで」、「デジタル回路の論理面」、「デジタル回路の物理面」。
「スマートナノチップの作成者はどのように機能するか」というコースは絶対ゼロから始まります。そのため、最初のパート「トランジスタからマイクロ回路まで」では、過去50年間に作成された学童向けのその他の電子材料、つまりトランジスタ、ロジック要素、バイナリ番号とトリガー。 現代のiPhone内のDフリップフロップの概念は、1986年のQuantum誌と同じままでした。 トランジスタは千倍に減少しましたが、その本質は変わっていません。
これまでのコースになかった情報の唯一のブロックは、いわゆる標準セルに関するものであり、その技術に基づいて、現代の特殊な超小型回路の大部分が構築されています。 次のようになります。
以下のテストの質問に答えてみてください。答えがわかっている場合は、コースの最初のモジュールをスキップできます。
現代のマイクロチップの標準セル（ASIC標準セル）が標準と呼ばれるのはなぜですか？正解は次のとおりです。
- ああ、わかった！ これは、標準の論理関数AND、OR、NOTを実装しているためです
- 標準セルのトランジスタ要素は、標準的な化学組成を持っています
- 標準セルは標準クロック速度で動作します
- それらには標準的な高さ（領域上の寸法）があり、それらへの電力供給と相互の自動接続を簡素化します。
- 標準セルの構造は、欧州規格委員会によって一度標準化されました
非表示のテキスト
4.標準セル（ASIC標準セル）には標準の高さ（領域上の寸法）があり、これにより、それらへの電力供給と相互の自動接続が簡素化されます。
わからない場合は、コースの最初のモジュール「トランジスタから超小型回路まで」をご覧ください。 その内容は次のとおりです。
コースの最初のモジュール「スマートナノチップの作成者はどのように働くか」のほとんどが1970年代以降の学童向けの一般的なテキストにあるものについて語る場合、第2部「デジタル回路の論理的側面」では、クアンタムの雑誌はなく、一般に、ソ連の崩壊によりロシアの教育で放棄されました。 いわゆるRTLからGDSIIへのルート、つまりハードウェア記述言語VerilogおよびVHDLでのコードのコンパイル/合成に基づいて数十億個のトランジスタとチップトラックを配置する計画を設計する方法について話します。 この分野の失敗は、上級レベルの学生から始めて克服しなければなりません。 そうでなければ、真にロシアのiPhone、ロボット、自動運転車はありません。
近年、ロシアは、デビッド・ハリスとサラ・ハリスによる無料の（電子版）教科書「デジタル回路とコンピューター・アーキテクチャー」をロシア語でリリースしたことを含む。 この教科書に関するHabréの投稿は30万回以上も視聴され、ダウンロードは英国のサイトImagination Technologiesを2回圧倒しました。 最近、チュートリアルの最終改訂版がリリースされました。これは、MIPS Webサイトのリンクからダウンロードできます。 確かに、リンクはWindowsでのみ機能しますが、MacおよびLinuxではバグがあります。 問題がある場合は、 こちらから同じバージョンをダウンロードできます。 または、オゾンまたはラビリンスでDMK Pressから紙の本を購入します。
「スマートナノチップの作成者はどのように機能するか」というコースの「デジタル回路の論理面」モジュールでは、ハリスの「笑顔のカタツムリ」の例を使用しています。 カタツムリは、0と1のシーケンスを認識する状態マシンです。 このコースでは、Verilogハードウェア記述言語の「カタツムリ」オートマトンのソースコードを理解し、有限状態マシンの状態マシンの概念と信号のタイムダイアグラムも紹介します。 この後、説明から合成された電子回路が、論理要素と、「カタツムリ」状態マシンの状態を保存するためのDトリガーとともに表示されます。
「カタツムリ」の例に基づいて、ハッカソンの小学生はFPGAカードのさまざまな「コードロック」を合成できます。 コース「スマートナノチップの作成者の仕事」の試験では、いわゆる「中国の部屋」のステートマシンの状態図に関する質問があります。これは、人工知能の分野で人気のある例です。 これは、中国語の文字との対話のための簡単な状態マシンの図です。 彼にいくつかの象形文字「木」と「熊」の組み合わせと、次の象形文字「科学」を与えると、機械は一連の象形文字「シベリア」を出します。
3番目の部分「デジタル回路の物理的側面」では、2番目の部分で合成された論理要素のグラフをマイクロ回路上にレイアウトし、GDSII図面に変換して、マイクロ回路を焼く工場に送信する方法について説明します。 このパートでは、数学指向の学生が興味を持つ配置とトレースのアルゴリズムについても説明します。 超小型回路の設計の自動化の分野での研究は、数学コンテストの以前の受賞者の間で人気のある分野です。
Synopsys IC Compilerを使用して配置およびトレースした後のチップ設計は次のとおりです。
しかし、このエレガントなフラクタル構造は、クロック信号がほぼ同時にすべてのDトリガーに到達するように構築されたチップ内部のクロックツリーです。 このツリーの「ブランチ」の幅は、半導体技術のナノメートルレベルで銅導体の物理的な制限を満たすために、マイクロ回路上の厚い金属化合物から薄い金属化合物までさまざまです。
そして、ここに、いわゆるウェーブトレースアルゴリズムの説明があります（英語の迷路ルーティング-「迷路内のパスの検索」）。 このアルゴリズムは、回路の論理要素を接続するために初期の設計自動化プログラムで使用されていました。 ウェーブトレースアルゴリズムは非常に単純なので、有能な高校生はC、Python、またはJavaで作成できます。 これは、将来の3次元チップなど、将来さらに複雑なアルゴリズムを作成する人にとって有用な演習です。
Verilogでデジタル回路を設計する概念を習得した後、学生は何ができますか？ シミュレーターでの演習やFPGAボード上のライトの点滅は、必要ではありますが、やや面倒であり、コンピューターアーキテクチャを習得することを決めた学生のごく一部が、単純なプロセッサとニューラル計算機の設計に興味を持っています。 幸いなことに、これらの2つの領域は学生にとって完全ではありません。
わずか2か月前、Steven Huggによる「Designing Video Game Hardware in Verilog」という本が出版され、VGAディスプレイに接続されたFPGAに実装されたVerilogでのゲームスキームの設計について説明しています。 スキャン、フレームバッファ、スプライトの生成を伴う1970年代および1980年代のビデオゲームについて話している。 アタリピンポン、宇宙戦争、タンキキ。 これらのゲームのスロットマシンは、1970年代に最初に小さな集積度の超小型回路で組み立てられ、次にAppleが最初に使用したMotorola 6502を含むPALおよびマイクロコントローラーで組み立てられました。 スティーブンハグの本は、1980年代後半にソビエトのプログラマーやゲーマーに馴染みのあるスプライトのハードウェア実装についても説明しています。これは、当時ソビエト学校に輸入された日本のヤマハMSXコンピューターにインストールされたTexas Instruments TMS9918ビデオプロセッサを使用しています。
Haggの本は、ノスタルジックなエキセントリックな人たちに役立つだけでなく、あまり役に立たない。 これは、電子工学を勉強し始めている現代の学生や学童にとって優れた一連のタスクです。 タスクは古いものの、Verilog、ロジック合成、FPGAプロトタイプ作成などのテクノロジーは新しく、2018年から2019年にかけてMITで6.111の過程で研究されているものと同じものです。 VerilogとFPGAを使った簡単な演習がなければ、現在はIntel、NVidia、AMDのSanta Clara、AppleのCupertino、その他の電子企業に座っているエンジニアは成長しなかったでしょう。
まとめると。 現在、一定数の学校および大学の教師が「スマートナノチップの作成者がどのように機能するか」というコースをテストし、興味のある学生をコースに参加させるとよいでしょう。 その後、このコースの修了証を受け取る小学生のために、FPGAボードを使用した実践的なセミナーに招待することができます（一部は成功したプロジェクトの賞品として配布されます）。 そのようなセミナーは現在、モスクワのゼレノグラードで議論されており、ソチ、ミンスクなどにも興味があります。 長期的には、ロシアは、シリコンバレー、日本、台湾、韓国、英国で開発され、現在上海などで発展しているチップ開発者のコミュニティを成長させるでしょう。 これはすべての技術的に高度な先進国に存在すべきものであり、ロシアではそのような発展をサポートするための数学、物理学、工学の十分な伝統があります。
