Мексика и Россия: схожие проблемы в обучении разработке электроники

Разговаривал с мексиканскими студентами, которые приехали на семинар MIPSfpga в Лос-Анджелесе. Вообще студенты учатся в Калифорнийском университете в Ирвайне, тоже возле Лос-Анджелеса, но при этом они являются участниками распределенной исследовательской группы, часть которой работает в университете в Мехико, в Мексике. Студенты говорят, что главная проблема Мексики заключается в том, что никому не приходит в голову, что в Мексике можно проектировать электронику — все покупают готовые изделия типа айфона у американцев. Миссия группы в КУ в Ирвайне и в Мексики — изменить это представление.



Мексиканская группа занимается разработкой своего собственного суперскалярного микропроцессора с архитектурой MIPS64 Release 6, той же архитектурой, которая используется и в новом микропроцессоре от Imagination Technologies — MIPS I6400. При этом микроархитектура (устройство конвейера и вычислительных блоков) у мексиканской группы своя.

Разработчики из UC Irvine и Мексики используют стандартную за последние 25 лет методологию электронного дизайна под названием Register Transfer Level (RTL, уровень регистровых передач). Согласно этой методологии, дизайн пишется на языке Verilog, после чего специальная программа (logic synthesis) превращает дизайн в граф из проводов и логических элементов, другая программа (static timing analysis) сообщает разработчику, вписывается ли он в бюджет скорости, а третья программа (place-and-route) раскладывает этот дизайн по площадке микросхемы.

Когда дизайн проходит все этапы: кодирование на верилоге, отладка, верификация, синтез, static timing analysis, floorplanning, place-n-route, parasitics extraction и т.д. – получается файл под названием GDSII, который отправляют на фабрику, где и изготавливаются микросхемы. Самые известные фабрики этого типа принадлежат компании Taiwan Semiconductor Manufacturing Company или TSMC.

Понятно, что обычно воплощение микропроцессора в кремний на фабрике стоит дорого, с начальными тратами на производство порядка миллиона долларов и выше. Такие траты оправданны только когда речь идет об отлаженном коммерческом продукте. Поэтому студенты пока используют софтверный симулятор Verilog-а и оценку задержек с помощью программы логического синтеза, затем собираются сделать прототип на ПЛИС / FPGA, после чего думают использовать сервис MOSIS для академических разработчиков который позволяет кооперироваться несколькими разработчикам для малотиражного производства микросхем.

Я сообщил студентам, что проблемы России похожи на проблемы Мексики, в том, что большинству россиян даже не приходит в голову, что в России можно проектировать современную электронику. Хотя у России есть сильное преимущество — даже в годы упадка 1990-х российское правительство подкармливало государственными заказами для космоса и других применений несколько групп разработчиков в Зеленограде. Поэтому в России есть плацдармы, с которых можно развить отрасль, чтобы доля российской микроэлектроники в мире поднялась от современных ~0.5% до хотя бы ~5%.