Внутри каждого современного телефона несколько микросхем ASIC. Ими наполнены автомобили, стойки в центрах обработки данных, датчики «умного дома», и вообще все электронные устройства. Без чипов ASIC был бы невозможен быстрый интернет, трехмерные игры и ускорители машинного обучения.
Микросхемы ASIC, их родственники FPGA и выросшие с ними технологии проектирования позволили закладывать сложные алгоритмы прямо в «железо». Они разрушили стереотип, что вычислительная система — это только процессор, память и программирование. В статье я расскажу, как развивались ASIC, какую роль в этом процессе сыграли FPGA и каким может быть «железо» будущего.
Каждый электронщик, работающий (или отдыхающий) с цифровыми микросхемами рано или поздно обязательно сталкивается с протоколом JTAG. Значительное количество материалов о данном протоколе содержит три раздела:
1) Обширный экскурс в историю и рассказ о том, как стенд с летающими щупами и рентгеновская установка легко могут быть заменены отладчиком на 2-3 порядка дешевле их.
2) Достаточно сжатое описание протокола JTAG (с картинкой его конечного автомата).
3) Рассказ о том, что фирменный отладчик, а также программное обеспечение компании <COMPANY NAME> позволят почти без усилий протестировать почти любое устройство почти любой сложности и конфигурации.
Проблема второго раздела подобных материалов в том, что в протоколе JTAG можно выделить более одного уровня абстракции. И за один раз, причём без практических примеров, осознать JTAG целиком может быть весьма непросто. В отсутствие же целостного понимания, для инженера, использующего JTAG, данный протокол будет представлять чёрный ящик, который либо работает (и всё хорошо), либо не работает (и непонятно, что делать). Представляется, что, исключив из рассмотрения историю JTAG и рекламу бренда, а также разделив задачу на отдельные составляющие, возможно осознать JTAG полностью, обретя способность устранять проблемы в работе данного протокола на любом уровне. И первым шагом к такому пониманию будет чтение идентификационного номера микросхемы.
Если у вас есть опыт создания ПО и вы хотите познакомиться с проектированием цифровых логических схем (digital design), то одна из первых вещей, которые вам нужно понять, — это концепция тактов. Она раздражает многих программных инженеров, начинающих HDL-проектирование. Без использования тактов они могут превратить HDL в язык программирования с $display, if и циклами for, как в любом другом языке. Но при этом такты, которые новички игнорируют, — зачастую один из основополагающих элементов при проектировании любых цифровых логических схем.
Ярче всего эта проблема проявляется именно при рассмотрении первых схем, созданных начинающими HDL-разработчиками. Я недавно общался с некоторыми из них. Новички опубликовали свои вопросы на форумах, которые я читаю. Когда я проанализировал то, что они делают, от увиденного волосы встали дыбом.
В наши дни общепризнанный стандарт для RTL-описаний — это язык SystemVerilog, но популярность сейчас набирает его альтернатива, Chisel. Далее я расскажу подробней об этом языке, его преимуществах, недостатках и рисках, связанных с переходом на Chisel со стандартного стека. Отдельно остановлюсь на функциональном программировании — возможности Chisel, которой нет в SystemVerilog, — и на дополнительных возможностях Chisel, улучшающих механизм переиспользования модулей. А также о том, почему код на Chisel менее подвержен ошибкам и всегда работает. Ну, почти всегда.
Ты ждал знак? Вот он!
Много лет я не решался начать программировать ПЛИС, потому что это сложно, дорого и больно (как мне казалось). Но хорошо, когда есть друзья, которые помогают сделать первый шаг. И теперь я не понимаю одного — ПОЧЕМУ Я ЖДАЛ ТАК ДОЛГО?
Сейчас я помогу сделать первый шаг и тебе!
Превращаем простой пример распознавания нот из лабораторных работ Школы синтеза цифровых схем в Enterprise. Используем компилятор Rust для RISC-V микроконтроллера YRV-Plus.
Сдвиговыйрегистр — это одна из наиболее часто применяемых конструкций в проектах на ПЛИС. Сегодня мы уделим внимание тому, как можно и нужно писать VHDL и Verilog код для сдвиговых регистров, но при этом, чтобы синтезатор понял, что мы хотим реализовать сдвиговый регистр из нескольких триггеров или же задействовать для его реализации специальные ресурсы, такие как SRL регистры.
Мы разберем случаи, в которых надо и не надо использовать аппаратные сдвиговые регистры, разберем тонкие моменты их имплементации. Мы затронем пересечение тактовых доменов и увидим, что в некоторых случаях правильно описанный сдвиговый регистр может стать причиной некорректного поведения схемы.
Готовим процессор к добавлению суперскалярности - переделываем 3-х этапный конвейер RISC-V в 5-этапный и попутно измеряем производительность.
Встретился на ланч с Дэвидом Харрисом, автором (вместе с Сарой Харрис) популярного учебника «Цифровая Схемотехника и Архитектура Компьютера», который за последние 10 лет помог закрыть монументальную дыру в техническом образовании десятков вузов России и Украины. До этого учебника во многих вузах сразу после триггеров шло программирование микроконтроллеров, то есть раньше у многих студентов вообще не возникала база для проектирования современных чипов по маршруту RTL‑to‑GDSII, технологии, которая за последние 30 лет привела нас к смартфонам, быстрому интернету и ускорителям ИИ.
Учебник Дэвида активно используется на Школе Синтеза Цифровых Схем, которую поддерживают 24 российских и 1 белорусский университет. Регистрация на новый сезон Школы только что открылась.
