Десятого июля 1962 года с космодрома на мысе Канаверал стартовала ракета “Тор” с первым коммерческим телекоммуникационным спутником на борту. Telstar-1 стал зарей новой эры космонавтики, показавшей, что космос может приносить людям реальную пользу. Этот аппарат ждало большое будущее, но днем раньше в небе над атоллом Джонсон, расположенном в пустынной части Тихого океана, взорвалась атомная бомба Starfish Prime. Взрыв уничтожил три сотни уличных фонарей на расположенных в полутора тысячах километров Гавайях, а также создал огромное количество свободных электронов, подхваченных магнитным полем Земли в рукотворный радиационный пояс. Каждый раз, когда Telsat-1 проходил через этот пояс, продвинутая транзисторная начинка набирала дозу радиации, и уже к ноябрю 1962 года он перестал работать. С изучения последствий этого инцидента началась история защиты космической электроники от радиации.

С высотными ядерными взрывами, к счастью, довольно быстро завязали, но и без них работы достаточно, и требования по надежности и долговечности, предъявляемые к современным спутникам, становятся все амбициознее. Рассказать обо всем невозможно, но я постараюсь кратко осветить прошлое и настоящее космических микропроцессоров из разных стран. Почему именно микропроцессоров? Про них больше всего информации и они лучше понятны неспециалистам. Статья получилась длинной, поэтому я разбил ее на две части: ранняя история на примере США и Европы (под катом) и современная – на примере России (вот тут). Поехали!

В далекие времена, для IT-индустрии это 70-е годы прошлого века, ученые-математики (так раньше назывались программисты) сражались как Дон-Кихоты в неравном бою с компьютерами, которые тогда были размером с маленькие ветряные мельницы. Задачи ставились серьезные: поиск вражеских подлодок в океане по снимкам с орбиты, расчет баллистики ракет дальнего действия, и прочее. Для их решения компьютер должен оперировать действительными числами, которых, как известно, континуум, тогда как память конечна. Поэтому приходится отображать этот континуум на конечное множество нулей и единиц. В поисках компромисса между скоростью, размером и точностью представления ученые предложили числа с плавающей запятой (или плавающей точкой, если по-буржуйски).

Арифметика с плавающей запятой почему-то считается экзотической областью компьютерных наук, учитывая, что соответствующие типы данных присутствуют в каждом языке программирования. Я сам, если честно, никогда не придавал особого значения компьютерной арифметике, пока решая одну и ту же задачу на CPU и GPU получил разный результат. Оказалось, что в потайных углах этой области скрываются очень любопытные и странные явления: некоммутативность и неассоциативность арифметических операций, ноль со знаком, разность неравных чисел дает ноль, и прочее. Корни этого айсберга уходят глубоко в математику, а я под катом постараюсь обрисовать лишь то, что лежит на поверхности.

Удивительный факт, но многие студенты, успешно прошедшие курс цифровой электроники, остаются в неведении о таком явлении, как метастабильность (либо считают его столь малозначимым, что примерно через 2 дня после экзамена напрочь забывают). Между тем, сбои в работе устройства, вызванные метастабильностью диагностируются крайне трудно. Если вы узнали себя в таком студенте, и если вы хоть как-то связаны с разработками на базе цифровых микросхем — крайне рекомендую к прочтению данный текст. Возможно, что потратив 10 минут сейчас вы сэкономите многие дни, проведенные за отладкой в будущем.

Я постараюсь в общем рассказать о верификации цифровых схем.

Верификация в данной области — это важный процесс, требующий привлечения опытных инженеров. Например, специалист по верификации, работающий над системами с ЦПУ, как правило должен владеть скриптовыми языками и языками командных оболочек (Tcl, bash, Makefile и т.п.), языками программирования (С, С++, ассемблер), HDL/HDVL (SystemVerilog [10, Appendix C — история языка][11], Verilog, VHDL), современными методологиями и framework’ами (UVM).

Доля времени, затраченного на верификацию, доходит до 70-80% от всего времени проекта. Одна из основных причин такого внимания в том, что к микросхеме нельзя выпустить “патч” после того, как ее отдали в производство, можно только выпустить “silicon errata” (это не касается проектов ПЛИС/FPGA).

Под цифровыми схемами я подразумеваю:

• сложно-функциональные блоки/intellectual properties (СФБ/IP);
• специализированные заказные микросхемы/application-specific integrated circuit (ASIC);
• проекты программируемых логических интегральных схем/field-programmable gate array (ПЛИС/FPGA);
• системы на кристалле/system-on-crystal (СнК/SoC);
• и т.п.

Квантовые компьютеры и квантовые вычисления — новый баззворд, который добавился в наше информационное пространство наряду с искусственным интеллектом, машинным обучением и прочими высокотехнологическими терминами. При этом мне так и не удалось найти в интернете материал, который бы сложил у меня в голове пазл под названием “как работают квантовые компьютеры”. Да, есть много прекрасных работ, в том числе и на хабре (см. Список ресурсов), комментарии к которым, как это обычно и бывает, еще более информативны и полезны, но картинка в голове, что называется, не складывалась.

А недавно ко мне подошли коллеги и спросили “Ты понимаешь как работает квантовый компьютер? Можешь нам рассказать?” И тут я понял, что проблема со складыванием в голове целостной картинки есть не только у меня.

В результате была сделана попытка скомпилировать информацию о квантовых компьютерах в непротиворечивую логическую схему, в которой бы на базовом уровне, без глубокого погружения в математику и структуру квантового мира, объяснялось что такое квантовый компьютер, на каких принципах он работает, а также какие проблемы стоят перед учеными при его создании и эксплуатации.

Наконец-то в России вышел учебник по SystemVerilog уровнем выше чем для начинающих. Учебник описывает технологии и приемы, которые спрашивают на интервью в NVidia, Intel, AMD, Apple и другие электронные компании: использование concurrent assertions и functional coverage, что сейчас требуют не только от инженеров по верификации, но и от дизайнеров микросхем; алгоритм работы симулятора с дельта-циклами; вменяемое объяснение static timing analysis; схемы коммуникации аппаратных блоков через аппаратные очереди; реализацию этих коммуникаций с помощью конечных автоматов с трактами данных и т.д.

В главе про последнее российского читателя может озадачить упоминание «политкорректной системы». Что бы это значило? Это вероятно намек на казус, который произошел в округе Лос-Анжелес в 2003 году. Чиновники Лос-Анджелеса попросили производителей, поставщиков и подрядчиков прекратить использование терминов «master/slave» («хозяин» и «раб») в отношении компьютерного оборудования, так как одному из работников округа эти термины напомнили про рабовладельческое прошлое.

Сейчас авторы технической литературы избегают терминов master/slave. В современной Америке работают и афро-американские инженеры (например София Мвокани из Камеруна — на фото слева), и использование старых терминов выглядит архаично, как выглядели бы например термины «пан/холоп» в украинской технической литературе вместо принятых «провідний/ведений» (рус. «ведущий/ведомый»).

Это не первый раз, когда в российском электронном образовании появляется тема борьбы афро-американцев за гражданские права. Например Татьяна Волкова, известный специалист по образованию в электронике, носит маечку с эмблемой «Черных Пантер», калифорнийского движения, которое в свое время сочло мирный протест недостаточным, и занялось вооруженным протестом.



Полное изображение эмблемы под кожанкой Татьяны Александровны — под катом, но в основном я буду рассказывать про дельта-циклы и конечные автоматы:

Предисловие

Очень рад в подробностях рассказать о своей первой интегральной схеме и поделиться перипетиями этого проекта, которым занимался на протяжении прошлого года. Надеюсь, мой успех вдохновит других и поможет начать революцию в производстве домашних микросхем. Когда я приступил к этому проекту, то понятия не имел, во что ввязался, но в итоге узнал больше, чем когда-либо думал, о физике, химии, оптике, электронике и многих других областях.

Кроме того, мои усилия сопровождались лишь самыми положительными отзывами и поддержкой со всего мира. Искренне благодарен всем, кто мне помогал, давал советы и вдохновлял на этот проект. Особенно моим удивительным родителям, которые не только всегда поддерживают и поощряют меня как только могут, но и предоставили рабочее место и смирились с затратами на электроэнергию… Спасибо!



Без дальнейших церемоний представляю первую интегральную схему (ИС), изготовленную литографическим способом в домашних (гаражных) условиях — PMOS-чип двойного дифференциального усилителя Z1.

В статье предложена организация взаимодействия функциональных блоков в объёме кристалла СБИС, а именно: процессорных ядер, контроллеров DMA и мостов системных шин с периферийными блоками, такими как: контроллеры GPIO, SPI, I2C, UART, таймеры и широтно-импульсные модуляторы – ШИМ. Рассмотрен набор сигналов и протокол обмена стыка простого исполнителя – локального системного интерфейса, реализующего взаимодействие перечисленных блоков кристалла. Приведены примеры синтезируемых моделей контроллера GPIO и регистрового файла, поддерживающие описанный интерфейс.

Добрый день/вечер/ночь/утро! Есть один экспериментальный курс по операционным системам. Есть он в Стэнфордском университете. Но часть материалов доступно всем желающим. Помимо слайдов доступны полные описания практических занятий.

Чем этот курс отличается от прочих других? Большая часть кода пишется самостоятельно и выполняется на вполне реальном современном железе. В качестве целевой платформы выбран Raspberry Pi 3 model B. Т.е. достаточно актуальная архитектура AArch64. ARMv8 Cortex-A53, четыре ядра, 64-бита и вот это всё. В качестве основного языка программирования выбран Rust. Который безопасный, быстрый, без GC и так далее. Его, Rust, предполагается изучать во время курса.

Тут есть про диски, файловые системы, операции ввода-вывода, потоки /процессы, планирование, виртуальную память, защиту и безопасность, прерывания, параллелизм и синхронизацию. Как и в любом другом, уважающем себя курсе. Разница в актуальности материала и в количестве практики. Коддить придётся много.

В лингвистике существует такое понятие, как интерференция — влияние родного языка на тот, который мы изучаем. Чаще всего это попытки найти какие-то общие черты в фонетике, грамматике и лексике в родном и иностранном языках.

На начальном этапе это помогает разобраться в фонетике, но потом приходится свыкаться с большим количеством правил и исключений, которые не имеют аналогов в русском.
Мы попросили одного из самых опытных носителей английского языка в нашей школе, Трессу, рассказать о наиболее частых ошибках ее русскоязычных студентов и как их исправить. Но прежде чем перейти к самому списку, есть ряд советов от нее, чтобы количество ошибок постоянно уменьшалось:

Изучающие английский язык рано или поздно сталкиваются с неправильными глаголами: ненавистной как минимум сотней необходимых в быту глаголов, которые имеют по три формы. И все эти три формы надо зубрить, зубрить, зубрить! Неужели английский без них не может обойтись? И вообще, почему в русском неправильных глаголов нет, а в английском есть? Можно ли как-нибудь обойтись без них? Для ответов на все эти вопросы нам надо обратиться к истории языка.