Ещё во время обучения в ВУЗе, проектируя различные тестовые безделушки и выполняя лабораторные работы по цифровой схемотехнике, я попадал в ситуации, когда вроде бы корректный несколько раз перепроверенный проект отказывается работать «в железе». В то время, на заре изучения программируемой логики, мне как-то очень редко доводилось добираться до последних пунктов Design Flow, в чем, вероятно, и крылась беда. Если я нечаянным щелчком мыши открывал Timing Analyzer, то после нескольких секунд беглого просмотра становилось скучно, и я возвращался к издевательствам над отладочной платой и сочинял новые безумства на VHDL.

Когда подошло время более-менее адекватных и серьёзных проектов, проблем стало больше, соответственно, я начал интенсивнее использовать гугл и искать ответы на свои вопросы. Тут мне всё чаще стали попадаться такие страшные словосочетания, как “timing analysis” и “design constraints”, когда я почитал и немного вникнул, пришло осознание того, что я упустил что-то очень важное. Сначала я панически боялся этих неведомых констрейнов, и ведь без них успешно работали первые проекты, благо частота там была не больше пары десятков МГц. Но когда речь зашла о более высоких частотах и более сложных проектах, здесь уже не обойтись без тщательного временного анализа и оптимизации.

Каким образом студент или университетский исследователь может не просто спроектировать микросхему, но и получить ее в свои руки с фабрики? Ведь начальный взнос за фабричное производство микросхем для коммерческих целей как правило превышает миллион долларов? К счастью, такой путь существует за гораздо меньшие деньги — через организацию, которая называется Europractice. Я записал видео интервью с ее директором Carl Das.

А если студент вырастет и захочет завалить спроектированными его компанией микросхемами все континенты, но не знает с чего начать? И на это у меня есть ответ — я записал также видео интервью с Mark Scrivener, директором eSilicon’s Semiconductor Manufacturing Services. Мы с Марком вместе рассчитали по пунктам расходы и себестоимость условного российского чипа, который будет производится в больших объемах в 2016-2020 годах.

Эти и другие видео я записал на конференции Design Automation Conference (DAC), которая прошла на прошлой неделе в Сан-Франциско. Конференция DAC фокусируется на индустрии Electronic Design Automation (EDA), которая обслуживает проектировщиков микросхем. Среди людей, которых я проинтервьировал на прошлой неделе — гуру языка описания аппаратуры Verilog Джон Сангвинетти, руководители компаний, которые разрабатывают софтверные инструменты для разработчиков микросхем, разработчики плат с ПЛИС, один из основателей зеленоградской компании по проектированию микросхем ЭЛВИС Александр Галицкий и другие специалисты и бизнесмены.



Итак:

Многие начинающие разработчики ПЛИС (и ASIC) не до конца понимают влияние временных ограничений (constraints – далее констрейнты) на результаты синтеза; то, каким образом констрейнты используются в статическом временном анализе. Большая часть литературы по этой тематике сводится к рассмотрению всевозможных видов констрейнтов, но ничего не говорит о внутренней “кухне” и используемых алгоритмах. Рассмотрению констрейнтов посвящен и недавний пост по данной тематике на ГТ (geektimes.ru/post/254932/ [1]). Между тем, констрейнты — лишь вершина айсберга. Их использование должно опираться на фундаментальные знания о статическом временном анализе, которые дают, к примеру, в американских университетах, но ничего не рассказывают у нас. Поэтому, собственно, поговорим о фундаменте.

Многие начинающие разработчики не до конца понимают значение таких параметров триггера как время установки (Setup) и удержания (Hold). Про метастабильность и природу этих двух параметров написано достаточно много (https://habrahabr.ru/post/254869/), поэтому сосредоточимся на том, как бороться с нарушениями Setup и Hold в процессе проектирования схем.