У разных электронных компаний вопросы на интервью немного отличаются. В одной интервьюер на скрининге (первом интервью) спросит кандидата на RTL позицию про конечный автомат, в другой про арбитр, кэш или конвейер, в третьей про упорядочение неупорядоченных транзакций. Но на большом интервью вопрос про очередь FIFO появится практически всегда - не первым/вторым, но третьим.

Это может быть элементарный вопрос "напишите на доске (физической, ха-ха, без доступа к интернету и ChatGPT) код для FIFO на D-триггерах". Или это может быть обсуждение микроархитектуры какого-нибудь извращенного FIFO, например FIFO с отменой вталкиваний, или с возможностью втолкнуть и вытолкнуть переменное количество кусков данных за такт, или с конвейером и кредитным счетчиком, или работающее на памяти с высокой латентностью, или асинхронное FIFO из статьи Клиффа Каммингса про пересечение тактового домена.

Эта заметка является сиквелом заметки "FIFO для самых маленьких", а также приквелом занятия в Школе синтеза цифровых схем в ближайшую субботу. Главное нововведение - все примеры и упражнения теперь делаются не только в симуляторе, но и на плате ПЛИС.

У меня был в свое время практикант из Стенфорда, от которого я получил инсайдерскую информацию, чему их там учат. Потом я интервьировал много студентов, и понял, что если человек не делает самостоятельных проектов в вузе, а просто плывет по течению программы как медуза, то будучи выброшенным на берег индустрии, он становится совершенно беспомощным.

Когда я вижу у недавнего выпускника в резюме какой-то из протоколов в котором используется valid/ready, например AXI или AHB, я прошу его спроектировать блок, у которого на входе два числа A и B, а на выходе их сумма. Разумеется не просто написать SUM=A+B, а еще и поставить valid/ready сигналы на каждый из A, B, SUM, чтобы A и B могли приходить в разное время, а также чтобы блок ждал, если SUM не может быть передана другому блоку сразу.

Некоторые не справляются. Грустно смотреть на человека, который потратил 6 лет своей жизни (4 года в бакалавриате и 2 года в магистратуре) и океан денег на образование - и не может сложить два числа и бьется как угорь на сковородке. То блок не работает когда числа приходят в разное время, то создатель забывает снять valid, и блок на 2+2 выдает не 4, а 4-4-4-4-4-4-4... То числа складываются не попарно, а просто записываются в регистры и на выход идет их текущая сумма, хотя количество аргументов A и B не совпадает. То не отрабатывается backpressure и результаты теряются, то (после того как кандидат написал страницу кода на верилоге) блок работает на половинной производительности, то есть не может принимать поток чисел подряд, а ожидает между ними пропуски (gaps). Короче ведет себя как ChatGPT.

10 лет назад в Санта-Клара, Калифорния, неподалеку от Интела и NVidia, стоял кампус Huawei. В нем работали не только китайцы, но и вообще обычная публика Silicon Valley - индусы, американцы, даже русские попадались. Бизнесмены калифорнийских электронных компаний говорили "Huawei - это дверь в Китай" и заключали с ними крупные сделки.

Но американское правительство Huawei невзлюбило. Можно обсусоливать те или иные поводы, но коренная причина понятна - американскому правительству хочется, чтобы Америка сохраняла технологическое преимущество. Ибо если технология коммодифицируется и айфон не будет ничем особенным, то кто будет читать брошурки про продвижение демократии, распостраняемые американскими посольствами в других странах? Над ними будут просто смеяться.

И вот правительство начало Huawei жучить - и от Андроида отлучило, и от других критических технологий. Но на всяких хитрецов найдется гайка с левой резьбой. И вот что Huawei стал делать по этому поводу.

Обнаружил интересный баг американской системы образования:

У многих студентов в резюме стоит "делал курсовой проект по алгоритму Томасуло, out-of-order суперскаляру, многопоточному процессору итд".

На это я спрашиваю: "Прекрасно, давайте возмем два процессорных ядра - одно со статическим конвейером, а у другого с динамическим, как в вашем курсовике. Насколько ваш процессор будет производительнее?"

На это они отвечают "процессор будет производительнее, потому что" - и начинают ковыряться в деталях зависимостей между инструкциями.

На это я машу руками и говорю "стоп-стоп-стоп. Я не просил вас объяснить мне что такой RaW (read-after-write), WaR и WaW зависимости. Я вообще не спрашивал у вас "почему?" Я спросил у вас "сколько?" Я просил вас грубо оценить пользу от вашей разработки.

Я работаю проектировщиком аппаратного блока графического процессора в телефонах Samsung, в рамках совместного проекта с AMD. Сейчас наш менеджмент расширяет команду и поощряет инженеров распостранять информацию о новых позициях среди своих знакомых. Я решил написать это пост для более широкой аудитории, так как множество людей, способных пройти интервью на RTL или DV позицию - больше, чем множество моих знакомых. Если вы сможете прислать мне ответ на задачку в моем посте вместе с вашим резюме, я перешлю его нанимающему менеджеру и рекрутеру нашей группы (в комментах прошу ответ не писать). Если резюме им понравится, вам нужно будет пройти стандартное собеседование на несколько часов, с несколькими инженерами, у каждого из которых свой набор задачек.

Также я покажу материалы, по которым можно готовиться к собеседованию, особенно если вы студент или у вас ограниченный опыт в микроэлектронной промышлености.

AMD проводит суперкомпьютерный день в Назарбаевском Университете в Астане, в Казахстане. 29 сентября. Можно подсоединиться по Зуму. Зарегистрироваться можно до 27 сентября по ссылке. 

Вообще приезжающие в Астану замечали, что в городе есть амальгамация духа советских городов с духом американского Лас-Вегаса, в частности в элементах архитектуры.

Теперь можно добавить и другое сходство: в Лас-Вегасе помимо казино есть университет, в котором еще в допотопные времена стояли суперкомпьютеры и велись конкурсы на качество распознавания образов. Также там сейчас преподает Сара Харрис, соавтор известного учебника. Кроме этого в Лас-Вегасе иногда проводится конференция DAC по автоматизации проектирования электроники. Почему бы не превратить Астану в евразийский центр такого рода?

В прошлое воскресенье 4 сентября я обнаружил, что GitHub-организация DigitalDesignSchool, в которой я являюсь одним из владельцев, забанена Гитхабом с формулировкой "ваш аккаунт может быть предметом американских экономических санкций".

Пораскинув мозгами и посовещавшись с моим приятелем, основателем московского интернет-провайтера RiNet Сергеем Рыжковым, у которого в тот же день забанили счет в Ситибанке в Лондоне, я решил: нужно бороться.

Design Automation Conference (DAC) - главная выставка софтверных компаний, которые создают средства проектирования чипов. Именно на ней появляются стартапы, которые определяют проектирование через 10-15 лет (например появление Synopsys на рубеже 1980-1990-х привело к появлению iPhone в середине 2000-х).

На DAC помимо выставки и официальных докладов есть также и poster session - молодые исследователи из университетов вывешивают в виде плакатов, чем они занимаются. Я методически сфотографировал все постеры во время последней конференции DAC в Сан-Франциско, и вот перед вами картина маслом:

(я также выложил версию этой заметки с большими картинками - если вы хотите покопаться детальнее, а не просто обозреть с птичьего полета, это лучше делать там)

Оказывается, в Кыргызстане, который в 11 веке стоял аккурат посередине Великого шёлкового пути, спустя тысячу лет появились проектировщики цифровых схем на уровне регистровых передач. Во время семинара «Модели бизнеса и основы технологий микроэлектроники для Центральной Азии» мы встретились с инженерами Азаматом Бексадаевым и Бахтияром Кукановым, которые принимали участие в разработке двух блоков на верилоге для международного проекта Parallella. Этот проект был инициирован американской компанией Adapteva, которая сейчас превратилась в Zero ASIC.

Основой технологии Adapteva была решетка из большого количества процессорных ядер внутри одной микросхемы. Ядра имели собственную архитектуру под названием Epiphany и были оптимизированы под энергоэффективные вычисления с плавающей точкой. По микроархитектуре каждое ядро было суперскаляром с внеочередными выполнением инструкций (out-of-order – OoO).

В модном и молодежном учебнике электроники от Харрисов есть пример простого конечного автомата - "улыбащейся улитки". Я решил наглядно показать, как можно в домашних условиях реализовать улитку на трех технологиях:

1. Микросхемы малой степени интеграции CMOS 4000. Первая массовая КМОП-серия, выпущенная в 1968 году. 20 микрон то бишь 20 тысяч нанометров. На таких микросхемах учились электронике бумеры, то бишь люди, родившиеся во время бэби-бума 1950-х годов и вошедшие в технологию в начале 1970-х. В том числе Стив Джобс и Стив Возняк.

2. Микросхемы программируемой логики Altera Cyclone IV, ныне Intel FPGA Cyclone IV. 2009 год, 60 нанометров. Интеловская микросхема, в которой вообще нет никакого процессора, только набор логических ячеек, между которыми можно программировать соединения. Удобна как тренажер для будущих проектировщиков микропроцессоров, так как для построения в схемы внутри FPGA не нужно делать заказ на фабрике.

3. ASIC-технологии фабрики Skywater - лидера американского импортозамещения. 2019 год, 130 нанометров. На своем вебсайте компания пишет что они единственная в США контрактная фабрика микросхем, у которой нет инвесторов-иностранцев: "SkyWater is the only US-investor owned pure-play semiconductor and technology foundry". Поэтому в них инвестировал 170 миллионов долларов Пентагон.

На работе у меня есть доступ и к технологии 3 нанометра, но показать ее вам на Хабре не могу, поэтому прошу вас поверить мне на слово, что и на 3 нанометра "улыбающаяся улитка" работает. Кстати, все это будет на семинаре в Бишкеке на следущей неделе.

Как показывает пример Южной Кореи и Тайваня, для небольшой страны очень выгодно интегрироваться в международную экосистему проектирования и производства микроэлектронных чипов. Каким же образом может интегрироваться страна, у которой есть опыт разработки программного обеспечения, но нет сообщества разработчиков микросхем? Она может создать группу по аутсорсу так называемой функциональной верификации. Эта группа технологий очень востребована и имеет реалистичный порог входа. Японская компания Seiko Epson создала такую группу на Филиппинах, корейская компания SK Hynix купила такую компанию в Беларуси.

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:

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.

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:

Silicon Forest в штате Орегон не так известен как Silicon Valley в Калифорнии, но он несомненно входит в топ-5 хайтек-мест в США. Просто факт из Википедии: хотя штаб-квартира Интела остается в Калифорнии, но еще в 1990-х компания начала переносить самую продвинутую разработку микроархитектуры в Орегон. Как очевидец, могу сообщить банальную причину: в начале интернет-бума цены на дома в Долине выросли вдвое, а потом втрое, и агломерация вокруг Портланда стала ближайшим местом бегства из Калифорнии для инженеров, которые хотели купить дом, но не хотели переучиваться на джаву и становиться дотком-миллионерами.

Но "Кремниевым Лесом" окресности Портленда назвали еще до описываемых событий. После второй мировой войны там выросла компания-производитель осциллографов Tektronix, а в начале 1980-х годов - производитель софтвера для проектировщиков микросхем Mentor Graphics (сейчас Siemens EDA). Чуть позже в Лесу возник производитель ПЛИС Lattice, а потом подтянулись японские компании: Fujitsu, Epson, NEC. Наконец, там сделали отделения IBM и HP, и "Кремниевый Лес" состоялся.

Жить в области Портленда хорошо. Полтора часа езды налево - океан. Полтора часа направо - горные лыжи. В самом Портленде - самый большой в мире книжный магазин, вокруг много лесных троп и рыбалки. Одна проблема для юного русского программиста: где искать девушек?

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?

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: