FPGA *

В моей жизни было четыре периода, когда я активно принимал участие в интервьировании людей на работу. В 1998 для своего стартапа в области программ для проектирования микросхем, в 2010-11 для MIPS Technologies (компания среднего размера но престижная в свое время в узком кругу процессоростроителей), в 2019 для Wave Computing (хайповый стартап в хардверном AI) и сейчас для Samsung (на позиции дизайнеров графических процессоров телефонов). Я не собирался писать длинный текст, но пока я пью чай, набросаю несколько тезисов, первое, что приходит в голову:

Однажды мне прилетела задача реализовать DMR на ПЛИС. Опустившись на дно интернета, я нашел лишь мануал ETSI и пару примеров по генерации кода – с этого начался мой тернистый путь изучения данной тематики. Недавно наткнулся на мем, и тут нахлынули воспоминания...

Как можно CPLD JTAG пины использовать как активную часть работающего устройства?

Давно я ничего не писал про LiteX. Во-первых, очень много работы. Во-вторых, пришлось почитать курс студентам, подготовка тоже дико отвлекала, но наконец семестр подходит к концу. Ну, и в-третьих, в своих опытах я на пару шагов дальше того, что описываю, и вот эти опыты меня затянули. Пока что там всё выглядит достаточно мрачно. Производительность там такая, что плакать хочется. В общем, было трудно прерваться, чтобы описать то, что находится ещё на гарантированно светлой стороне.  Но если вы читаете эти строки, то я себя пересилил.

Я уже многократно писал,  что рассматриваю LiteX как некий аналог подсистемы Qsys из среды разработки Quartus. То есть, как удобное средство составить шинно-ориентированную систему из множества готовых ядер. Но если Qsys – он только для Альтер, то LiteX – он подходит и для Altera (Intel), и для Xilinx, и для Lattice. А сейчас я по работе плотно вожусь именно с Латтисами. У Латтисов самое узкое место – это параметр FMax. И вот построение базовых систем на базе шины Wishbone у Litex получается очень красиво. Там FMax выходит достаточно высоким. Даже у Латтисов он превышает 100 МГц.

В предыдущих статьях мы уже научились добавлять в систему устройства, доступные по шине через регистры команд-состояний (CSR), а также пассивные (Slave) устройства с шиной Wishbone. Сегодня мы добавим на шину активное (Master) устройство. Поехали!

Газета "Коммерсантъ" опубликовала важный материал "Британия морозит «Байкал». Российские процессоры лишаются доступа к технологиям". К сожалению, авторы заметки никогда не видели то, о чем они написали, то бишь semiconductor IP, и не понимают его природы. Зато его видел я. Поэтому я решил написать к их заметке своего рода толкование:

1. Что именно британские компании ARM и Imagination продают российским лицензиатам, таким как Байкал? (Спойлер: не патенты, хотя патенты в картину входят)

2. Чем Apple отличается от Байкала в лицензировании semiconductor IP?

3. Сколько стоят лицензии на ядра и сколько стоит архитектурная лицензия?

4. Как компания-разработчик semiconductor IP может обнаружить, что произведенный кем-то чип использует ее ядро?

5. Были ли прецеденты подобных высоких отношений с китайскими компаниями?

6. Почему в статье упоминается МЦСТ (Эльбрус)? Они же вроде сами спроектировали CPU собственной архитектуры? (Спойлер: а GPU?)

7. Могут ли британские патенты стать проблемой для разработчиков российcких ядер с архитектурой RISC-V?

8. Что логично ожидать от российских полупроводниковых стратегов?

Мы на Школе Синтеза двадцать суббот учили школьников и студентов проектировать процессоры на FPGA. Для выпуска мы решили пригласить крутых топов, и на наше удивление, откликнулись сразу семеро:

1. Александр Редькин, гендир и основатель компании Syntacore, которая разрабатывает будущий флагман российcких процессоров для линуксных ноутбуков - суперскаляр с внеочередным исполнением инструкций, совместимый по системе команд с архитектурой RISC-V.

2. Сергей Сергеевич Шумилин - заместитель директора по науке компании Миландр, российского лидера по разработке микроконтроллеров, пионера лицензирования ядер ARM и надежды российcких пользователей ПЛИС.

3. Николай Суетин - главный микроэлектронщик фонда Сколково, бывший руководитель R&D Интела в России.

4. Сергей Михайлович Абрамов - член-корреспондент РАН, руководитель разработки суперкомпьютера СКИФ и других HPC проектов.

5. Игорь Рубенович Агамирзян - бывший менеджер Микрософта, Российской Венчурной Компании, вице-президент Высшей Школы Экономики и программист.

6. Александр Тормасов - ректор Иннополиса, Chief Scientist компании Parallels, гуру виртуализации, лектор по компьютерной архитектуре.

7. Тимур Палташев - известный специалист по архитектуре компьютерной графики, c 25-летним опытом в Silicon Valley и работой с питерским ИТМО.

UPD: Потом присоединились:

8. Окунев Константин Евгеньевич - Директор по технологическому развитию ГК «Элемент»

9. Максимов Евгений Викторович - Директор по развитию экосистемы и образовательных инициатив Группы компаний YADRO

Вообще мы планировали бОльшую часть времени в субботу разбирать микроархитектурные задачки на верилоге, но раз так, то будем устраивать устраивать сессию на тему "лидеры индустрии и академии расскажут, какие следущие шаги предпринять после решения микроархитектурных задачек, чтобы стать лидерами индустрии и академии". И ответят на вопросы.

Это состоится в субботу 23 апреля в Капсуле №2 Технопарка Сколково в 12:00.

• RTL проектирование;
• функциональная верификация;
• топологическое проектирование.

Наконец-то пришла пора продолжить изучение возможностей платы Zynq QMTech и SoC XC7Z020. Следующая интересная задача, которую я для себя придумал в качестве обучающей - оснастить плату Wi-Fi модулем Realtek RTL8822CS и, если Wi-Fi модуль будет не нужен, а нужна будет ещё одна флешка - вторым портом для SD-карточки. Если интересны подробности того, как я это всё реализовал - добро пожаловать под кат. 

Проектированием простого процессора сейчас никого не удивишь. Любой способный студент может за пару недель написать на верилоге однотактный RISC-V или ARM процессор и синтезировать его для ПЛИС. Процессор будет работать на учебной плате и выполнять простые программы на Си и ассемблере.

Такой процессор можно постепенно усложнять: сделать его конвейерным, добавить кэш и прерывания. Но где находится граница между такими студенческими упражнениями - и взрослыми высокопроизводительными процессорными ядрами, которые стоят в сотовых телефонах и облачных серверах?

На границе между вводным и продвинутым курсом микроархитектуры CPU принято ставить внеочередное выполнение инструкций, именно оно отделяет мальчика от мужа. Эта фича впервые появилась еще в 1960-е годы в суперкомпьютерах CDC 6600 и IBM 360/91, но проникла в персоналки с PentiumPro только в 1996 году и в Apple iPhone в 2012 году.

Именно внеочередное выполнение инструкций - главная козырная карта самого горячего процессорного проекта российской микроэлектроники - двухгигагерцового RISC-V процессора для ноутбуков от компании Ядро / Syntacore. Этот проект был объявлен в прошлом году. Что с ним станет в результате известных событий?

Если вы собираетесь собеседоваться в Apple или Байкал на одну из позиций по проектированию или верификации систем на кристалле (System-on-Chip - SoC), вам совершенно абсолютно точно нужно подготовиться к вопросам по пересечению тактового домена (Clock Domain Crossing- CDC). В SoC типа айфона есть много разных блоков, которые работают на разной тактовой частоте. Чтобы передача данных между ними не глючила, нужно 1) знать почему она может глючить; 2) владеть приемами, которые позволяют избегать этих глюков и 3) четко понимать как используемые приемы влияют на пропускную способность соединения.

Подготовиться к этой секции интервью нужно основательно. Если вы только почитаете про метастабильность в Харрис & Харрис и начнете выкручиваться в стиле ответов Алисы Тепляковой "а, метастабильность ... даа, синхронайзеры ... ммм ... асинхронные FIFO ..." - то тройку на экзамене у жалостливого преподавателя нетопового университета стран бывшего СССР вы может и вытяните, но хорошую работу в коммерческой компании не выиграете.

Как же подготовиться? В Америке по такому вопросу готовят на шестичасом семинаре, который стоит $800 с каждого ученика в классе. Но в России группа энтузиастов подготовила бесплатный семинар, на основе как открытых статей автора американского семинара Клифа Каммингса, так и практикума из МИЭТ и собственных лабораторных занятий.

Сегодня, в субботу 26 февраля, на Сколковской Школе Синтеза Цифровых Схем Михаил Коробков проводит занятие по технологиям функциональной верификации: constrain solvers, cover bins и concurrent assertions. Примеры, которые мы подготовили для школы, вращаются вокруг протокола AXI для систем на кристалле, вопросы про который спрашивают например на интервью в хардверное отделение компании Meta и другие.

На предыдущих занятиях школы мы изучали в основном аспект проектирования на языке описания аппаратуры Verilog. Но как участники уже успели заметить, Verilog — это не только язык для описания и синтеза схем, но и язык программирования для написания тестов. В некоторых компаниях на каждого инженера, который пишет код на верилоге на уровне регистровых передач, приходится два или три инженера, которые пишут код для верификации.

Суть деятельности Verification Engineer заключается в создание фреймворков, которые тестируют хардверные дизайны на прочность, посылая к ним псевдослучайные транзакции и учитывая покрытие интересных сценариев (functional coverage). Базовые элементы этих технологий должен знать и хороший RTL Design Engineer.

Приглашаем присоединяться к трансляции занятия на канале школы в YouTube, в субботу 26 февраля с 12.00 до 15.00:

Данная статья пишется с несколькими целями: изложить возможные методы повышения быстродействия стековых процессоров, собрать попутно небольшую библиографию, и закрепить на данный момент что мне известно в этой области. Статья или точнее пост, выйдет крайне сухим и лапидарным.

Часть положений не имеет ссылок на литературу., в силу не полной разработанности темы. И еще потому, что это довольно общеизвестные факты, которые легко найти. А так же потому, что упор сделан на то что неизвестно широким массам общественности.

Широко распространено мнение, что стековые процессоры являются тупиковой ветвью развития, я считаю что это не так. Многие люди полагают, что в стековом процессоре нельзя реализовать те же решения, которые в регистровых процессорах являются основными причинами повышения производительности. Поэтому на сегодняшний момент, стековые, форт -процессоры, в основном используются во встраиваемых системах. Это обусловлено не только их принципиальной ограниченностью, но и основным полем деятельности их разработчиков. Я полагаю, что стековые процессоры могут быть не только процессорами реального времени, но и процессорами общего назначения, пригодными для десктопного и серверного использования.

Статья очень обзорная, даже поверхностная и в ней я не буду углубляться в детали реализации, так как основной целью является сбор и публикация в одном месте тех сведений которые остаются малоизвестными широкой общественности, что бы можно было проводить работу вокруг уже стабильного текста. Малоизвестность их, связана и с недоступностью патентных баз, с тем что некоторые исследования либо недавние, либо только относительно недавно попали в открытый доступ и пылились в архивах.

Всем привет! Расскажу про нашу разработку, которая изменит подход к обработке данных в корне.

Мы разработали новый математический алгоритм обработки данных и программный продукт на его базе (кодек), позволяющий работать со сжатием битовых потоков любого формата (статические/динамические) – то есть, кодек позволяет проводить более глубокое сжатие уже существующих файлов (видео, изображения, архивы и т.д.), так и осуществлять сжатие исходных «сырых» данных.

Заложенная в алгоритме обработка представляет собой механизм квантования с применением многоцентричной развертки и алфавита изображения. Такой подход кардинально отличается от всех существующих на сегодня вариантов сжатия данных, базирующихся на принципе энтропийного сжатия.

Сжатие данных без потерь с дополнительной компрессией до 50% (не предел), является важным преимуществом и обеспечивает потенциальную возможность интеграции продукта практически в любые существующие программные решения. Также разработан алгоритм управления качеством визуализации изображения в зависимости от степени сжатия и конкретных приложений.

Ребята из FPGA комунити каждый день делают небольшую подборку новостей из мира FPGA и решили поделиться ею с читателями хаба FPGA. Внимание: возможны повторы!

Проанализируем объявление о приеме на работу в Теслу на позицию джуниор-проектировщика процессора для AI автопилота автомобиля (скриншот ниже). Как мы видим, от соискателя требуется понимание микроархитектуры процессора, проектирование на уровне регистровых передач используя язык описания аппаратуры Verilog, а также понимание, как проектирование логики влияет на временные задержки. Иными словами, соискатель должен понимать, как связаны его строки на верилоге с гигагерцами синтезируемого из них процессора. А понимаете ли это вы?

Наш цикл про ПЛИС Lattice ECP5 растянулся уже на шесть статей. Мы уже научились не только создавать простые проекты для них, но набили руку в разработке сложных систем на базе кроссплатформенной открытой среды LiteX. В целом, я уже набрал материалов, чтобы выдать инструкцию, как подключится к шине Wishbone в роли активного устройства (Master), но перед публикацией хочется провести ряд проверок, чтобы не наболтать не того.

С другой стороны, ещё в первой статье цикла я обещал, как будет формализована методика сборки синтезатора Yosys и разводчика NextPNR под Windows, рассказать, как это сделать, так как на тот момент у меня процесс сборки прошёл в режиме «неделю промучился, как-то сделал, повторить не смогу». Мой коллега систематизировал все те наброски, и теперь я могу поделиться итогами с общественностью. Так что, кто дружит с Linux, сегодня вряд ли узнает что-то интересное, а вот любители Windows – получат сведения, как начать работать с ПЛИС Lattice в этой ОС. Приступаем.

Каждый год мы видим очереди фанатов, которым не терпится первыми прикоснуться к только что выпущенному новому айфону. А хотите узнать, как выглядит смартфон за два года до начала его продаж в магазине? Он в это время уже существует, как набор файлов в компьютерах проектировщиков его системы на кристалле.

Что же видит проектировщик Apple на своем экране? Завесу над этой тайной поможет над приоткрыть знаменитый в узких кругах блоггер Джон Кули (John Cooley), который начал свой вебсайт deepchip.com еще в 1990-е годы. Джон собирает всякие слухи, сливы и мнения тысяч инженеров больших электронных компаний, стартапов и контракторов, которые потом все это с большим интересом читают.

Когда-то в 2015 году, Джон опубликовал заметку "За закрытыми дверями", на основе анонимных емейлов от 36 инженеров. Аккурат в это время Apple переходил на собственные версии CPU и GPU (до этого Apple использовал готовые ядра от ARM и Imagination Technologies). Заметка выглядела так: