Хотите увидеть, как работает промышленный процессор «в замедленной съемке»? Как инструкции переваливаются из стадии в стадию конвейера, как запросы на чтение из памяти попадают или промахиваются мимо кэша? А как насчет построить свою систему на кристалле, используя то же микропроцессорное ядро, которое используют инженеры Samsung в новой платформе Artik 1? Если да, то это объявление для вас:



Уважаемый преподаватель компьютерной архитектуры, схемотехники или системного программирования:

Разработчик микропроцессорных ядер MIPS, компания Imagination Technologies, в сотрудничестве с ведущими российскими университетами и производителем микроконтроллеров Microchip Technology — объявляет о проведении серии семинаров в России, посвященных новому продукту для образования — MIPSfpga. Четыре бесплатных однодневных семинара посвященные MIPSfpga, пройдут с 26 по 30 октября в университетах Москвы, Зеленограда и Санкт-Петербурга. В дополнение к ним, MIPSfpga будет представлен на отдельном, платном семинаре Microchip Masters Russia в Санкт-Петербурге / Зеленогорске.

Сайт для регистрации на семинары MIPSfpga в университетах
bit.ly/mipsfpga-russia-registration

Сайт для регистрации на семинар Microchip Masters Russia
bit.ly/microchip-masters-russia-registration

MIPSfpga — бесплатно лицензируемые для университетов исходные тексты промышленного микропроцессорного ядра MIPS microAptiv UP. Это ядро используется как основа микроконтроллера Microchip PIC32MZ, а также новой платформы для «интернета вещей» — Samsung Artik 1.

Ядро MIPS microAptiv UP применяется в промышленности вместе со стандартным за последние 25 лет технологическим процессом проектирования микросхем, при котором процессор и другие компоненты системы на кристалле разрабатываются на языке описания аппаратуры Verilog, после чего описание через несколько преобразований превращается в маску, по которой на фабрике изготавливаются микросхемы.

Образовательная версия MIPS microAptiv UP — MIPSfpga — использует альтернативный путь реализации: описание системы превращается в файлы конфигурации для недорогих студенческих плат с программируемыми пользователем вентильными матрицами (ППВМ), которые часто называют программируемыми логическими интегральными схемами (ПЛИС) или Field Programmable Gate Array (FPGA).

Такое решение открывает много возможностей для образования:

1. Студенты могут строить свои собственные прототипы систем на кристалле, соединяя микропроцессорное ядро, память и спроектированные ими устройства ввода-вывода
2. Внутренние регистры можно подсоединять к выходным портам и выводить наружу информацию о текущем состоянии процессорного конвейера, кэшей и устройства управления памятью. После этого процессор можно запустить на низкой тактовой частоте и наблюдать его работу «в замедленной съемке».
3. Студенты могут экспериментировать со своими вариантами кэшей, проектировать многоядерные системы со специализированными сопроцессорами, эксперименторовать с разделением задачи на аппаратную и программную часть.

Таким образом MIPSfpga занимает нишу между упрощенными академическими реализациями MIPS, которые традиционно применяются в курсах по микроархитектуре — и законченными промышленными процессорами, по которым студенты учат программирование встроенных систем. MIPSfpga — идеальная платформа для обучения системному мышлению на стыке разработки аппаратуры и программирования.

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:

Господа! Я рад сообщить, что наконец-то все желающие могут загрузить бесплатный учебник на более чем 1600 страниц, над переводом которого работало более полусотни человек из ведущих университетов, институтов и компаний России, Украины, США и Великобритании. Это был реально народный проект и пример международной кооперации.

Учебник Дэвида Харриса и Сары Харрис «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера», второе издание, 2012, сводит вместе миры программного обеспечения и аппаратуры, являясь одновременно введением и в разработку микросхем, и в низкоуровневое программирование для студентов младших курсов. Этот учебник превосходит более ранний вводный учебник «Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем» от Дэвида Паттерсона и Джона Хеннесси, причем соавтор предыдущего учебника Дэвид Паттерсон сам рекомендовал учебник от Харрисов как более продвинутый. Следуя новому учебнику, студенты строят реализацию подмножества архитектуры MIPS, используя платы с ПЛИС / FPGA, после чего сравнивают эту реализацию с индустриальными микроконтроллерами Microchip PIC32. Таким образом вводится вместе схемотехника, языки описания аппаратуры Verilog и VHDL, архитектура компьютера, микроархитектура (организация процессорного конвейера) и программирование на ассемблере — в общем все, что находится между физикой и высокоуровневым программированием.

Как загрузить? К сожалению, не одним кликом. Сначало надо зарегистрироваться в пользовательском коммьюнити Imagination Technologies, потом зарегистрироваться в образовательных программах на том же сайте, после чего наконец скачать:

Разговаривал с мексиканскими студентами, которые приехали на семинар MIPSfpga в Лос-Анджелесе. Вообще студенты учатся в Калифорнийском университете в Ирвайне, тоже возле Лос-Анджелеса, но при этом они являются участниками распределенной исследовательской группы, часть которой работает в университете в Мехико, в Мексике. Студенты говорят, что главная проблема Мексики заключается в том, что никому не приходит в голову, что в Мексике можно проектировать электронику — все покупают готовые изделия типа айфона у американцев. Миссия группы в КУ в Ирвайне и в Мексики — изменить это представление.

Компания Imagination Technologies, известная как разработчик графического процессора PowerVR внутри Apple iPhone, с одобрением от президента Стенфорда Джона Хеннесси приглашает преподавателей и аспирантов электроники и программирования на бесплатный семинар рядом с Лос-Анжелесом, который пройдет 13-14 мая. Другим организатором семинара, помимо Imagination, является Xilinx — компания №1 в ПЛИС-ах / FPGA. Если вы занимаетесь исследованиями или преподаете, особенно рядом с Лос-Анжелесом (UCLA, Caltech, UC San Diego, CalPoly, UC Santa Barbara, UC Irvine, Arizona State, University of Nevada Las Vegas и т.д.) вы можете присоединиться — будет много интересного.

Господа! На днях Imagination Technologies (компания, которая спроектировала графический процессор PowerVR GPU внутри Apple iPhone) и Xilinx (компания №1 в ПЛИС-ах / FPGA) начали понемногу предавать гласности несколько иконоборческую инициативу по бесплатной раздаче университетам исходников современного индустриального процессорного ядра MIPS microAptiv UP, которое используется например в микроконтроллере Microchip PIC32MZ. Студенты смогут менять команды этого процессора, добавлять к нему свои периферийные устройства и реализовывать полученный дизайн на ПЛИС-ах.

Вот линк на сообщение о семинаре 13-14 мая возле Лос-Анжелеса, на котором Imagination и Xilinx будет показывать новый продукт под названием MIPSfpga представителям academia — imgtec.com/mipsfpga

Фактически MIPSfpga — это бесплатная лицензия на базовую конфигурацию экономичного процессорного ядра MIPS microAptiv UP, которое предоставляется в исходных текстах на языке описания аппаратуры Verilog. Это то же самое ядро, которое продается коммерческим клиентам за сотни тысяч долларов. MIPS microAptiv UP — это простой дизайн с пятью стадиями последовательного конвейера (как в учебниках компьютерной архитектуры), но в нем есть кэши и TLB MMU. TLB MMU позволяет даже использовать на нем Линукс.

Описание ядра: www.imgtec.com/mips/aptiv/microaptiv.asp

Каким образом повысить количество российских инженеров, которые были бы знакомы и с разработкой хардвера, и с разработкой софтвера, и могли бы строить системы, в которых часть функциональности находится в специализированном железе, а часть — в программном обеспечении, с соблюдением баланса между ними?

Для этого вовсе не обязательно выбрасывать несуразные деньги а-ля сделка Сколкова и MIT.

Есть масса дешевых и эффективных мер по апгрейду российской образовательной системы. Одна из них — широко ввести практические классы ПЛИС / ППВМ / FPGA среди старших школьников и студентов. Это то, на чем учатся и инженеры, которые потом разрабатывают микросхемы внутри Apple iPhone в Купертино, Калифорния.