🚅 😑 🐱 كيفية تطوير الإلكترونيات الدقيقة في روسيا وهزيمة iPhone 👩🏻‍✈️ 👦🏼 🛐

أساس الأدوات الحديثة هو تقنية إنشاء "أنظمة على رقاقة" (SoC ، في نظام اللغة الإنجليزية على رقاقة ، SoC). كيفية تعليم هذا السحر الأسود في القرن الحادي والعشرين للطلاب الروس؟ نوقش هذا في الندوات التي نظمتها شركة Imagination Technologies البريطانية ، وهي واحدة من مطوري أجهزة Apple iPhone الداخلية ، في فصل الربيع في ضواحي لوس أنجلوس . في غضون أسبوع ، ستُعقد نفس الحلقات الدراسية في روسيا - من أجل تنظيمها ، تعاونت Imagination مع الجامعات الروسية الرائدة - جامعة موسكو الحكومية ، MEPhI ، MIET و ITMO ، وكذلك مع الشركة المصنعة الشهيرة للمتحكم الدقيق ، الشركات التي مقرها أريزونا Microchip Technology. بالإضافة إلى أسبوع الندوات في 26-30 أكتوبر ، ستعقد ندوات بتنسيق مماثل في Samara Aerospace (5 نوفمبر) وفي معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا (9 نوفمبر).

صنم النقانق و

iPhone أصبح التصريح بأن أجهزة iPhone لا تصنع في روسيا هو نفس الكليشيهات الثقافية في عصرنا منذ 40 عامًا - قصص عن 50 نوعًا من النقانق الغربية التي لم تكن في متاجر البقالة السوفيتية. لا تزيل هواتف Yotaphone الروسية التي ظهرت حديثًا كل حجج النقاد ، لأن هذه الهواتف مبنية على شرائح دقيقة تم تصميمها وتصنيعها في بلدان أخرى.

هذا لا يعني أنه على الجبهة الروسية ، فإن رقائق أجهزة iPhone الخاصة بهم وغيرها من الأدوات لا أمل فيها تمامًا. في مايو ، أصدرت مجموعة من الشركات الروسية ELVIS والشركة البريطانية Imagination Technologies بيانًا صحفيًا مشتركًا، التي وصفت خططًا لإنشاء دوائر صغيرة مشتركة (أنظمة على رقاقة) ، والتي ستحتوي على الكتل التي تم تطويرها في لندن وكاليفورنيا ، والكتل التي تم تطويرها في زيلينوجراد ، منطقة موسكو. في الوقت نفسه ، يعد ELVIS مطورًا معروفًا للرقائق من أجل الفضاء ، Imagination هو شريك Apple في تطوير الرقائق في Apple iPhone ، ويذكر البيان الصحفي تقنيات السيليكون الحديثة مع ترانزستور أساسي بحجم 28nm-10nm.

كما أعلنت شركة روسية أخرى ، بايكال للإلكترونيات ، في مايو الماضي أيضًا عن إطلاق المعالج الروسي عالي الأداءلأنظمة بايكال T1 المدمجة. هذه بالفعل دوائر دقيقة حقيقية بدأ بايكال بتوزيعها للاختبار على مهندسي العملاء المحتملين ، بما في ذلك العملاء الأجانب. يستخدم Baikal T1 أيضًا وحدات Imagination ويتم تصنيعه في تايوان ، ولكن تم تصميم النظام على شريحة في روسيا ، لذلك قد يطلق على المعالج اسم Russian.

هل هذا يعني أن عصر الرقائق الروسية من نفس الفئة كما هو الحال في منتجات Apple على وشك أن يأتي؟ ليس صحيحا. لا يوجد سوى عدد قليل من مجموعات التطوير مثل ELVIS و Baikal Electronics. الآن ، إذا كان هناك عشرات منها ، ومعاملات ELVIS-Imagination - عدة مئات - فمن الممكن أن نقول إن روسيا لن تصبح الولايات المتحدة أو الصين التالية في مجال الإلكترونيات ، ولكن على الأقل إسرائيل أو كوريا الجنوبية الإلكترونية التالية. القيد الرئيسي على النمو هو عدم وجود موظفين مؤهلين. يتم تدريس المهندسين الشباب لـ ELVIS والشركات المماثلة في عدد قليل من الجامعات الروسية. كيف يمكن إحضار التعليم في عدد كبير من الجامعات التقنية الروسية إلى مستوى أفضل الجامعات في الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا الغربية والدول المتقدمة في آسيا؟

المعالجات الدقيقة DIY

الخطوة الأولى هي تحديث البرامج التعليمية. في الآونة الأخيرة ، تم إنشاء كتاب جديد للمبتدئين ، دارة رقمية وهندسة الكمبيوتر ، باللغة الروسية من قبل البروفيسور ديفيد وسارة هاريس. يتم توزيع هذا الكتاب المدرسي مجانًا في شكل إلكتروني كجزء من البرامج التعليمية لـ Imagination Technologies ، التي اشترت حقوق النشر الروسي من Elsevier Publishing House ونظمت ترجمته من قبل مجموعة كبيرة من الأساتذة من الجامعات الروسية والأوكرانية ، والعمال من الشركات الإلكترونية الروسية ، وكذلك المهندسين الروس من الشركات الأوروبية والأمريكية - Imagination و AMD و Apple وغيرها. كما شارك في نقل صندوق RUSNANO للبنية التحتية والبرامج التعليمية .

ميزة مميزة للكتاب المدرسي الجديد - تقدم الطالب لتصميم الدوائر الدقيقة والبرمجة في نفس الوقت ، كما يجب أن يتم في عصر الأنظمة المعقدة على رقاقة ، وتربط كل شيء بالممارسة. يقوم الطلاب ببناء المعالج الدقيق البسيط الخاص بهم ومقارنته مع وحدة التحكم الدقيقة الصناعية الدقيقة PIC32. ولكن كيف يكون ذلك ممكناً - للطالب لعمل رقاقة؟ بعد كل شيء ، فإن الدفعة الأولية لإنتاج مجموعة تجارية من الرقائق الدقيقة في مصنع مثل شركة TSMC التايوانية (الحاشية: شركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات) تتجاوز عادةً مليون دولار.

الجواب هو تقنية تسمى FPGA (اختصارًا لمجموعة مصفوفة بوابة قابلة للبرمجة الميدانية ، "صفائف البوابة القابلة للبرمجة من قبل المستخدم"). هذه هي دوائر دقيقة خاصة ، وهي مصفوفة من الخلايا ، والوظائف المنطقية والوصلات التي يمكن تغييرها عدة مرات بعد التصنيع. فهي أغلى بكثير وأبطأ من الرقائق المتخصصة التقليدية ، ولكن بالنسبة لها لا يوجد "دفعة مقدمة" للإنتاج. هناك الآن مجالس للطلاب مع FPGAs تكلف أقل من 100 دولار ، لذلك لم يعد الطلاب والجامعات بحاجة إلى تخصيص مبالغ كبيرة من المال للتجربة. علاوة على ذلك ، يمكنه تغيير الدائرة الإلكترونية التي تم تشكيلها في FPGA بشكل غير محدود ، ببساطة تغيير ذاكرة التكوين الخاصة به عبر كابل متصل بجهاز كمبيوتر. من حيث المرونة ، هذا مشابه للبرمجة ،على الرغم من أن الجوهر مختلف - في البرمجة ، يتغير تسلسل تعليمات المعالج (البرنامج ، البرنامج) ، وفي FPGA يمكنك تغيير المعالج نفسه (الأجهزة ، الأجهزة).

الطلاب مقابل Samsung

Well ، باستخدام كتاب Harris المدرسي ولوحة قائمة على FPGA ، يمكن للطلاب تصميم المعالجات الدقيقة والأجهزة الطرفية البسيطة. لكن الأنظمة التجارية على رقاقة تستخدم وحدات المعالجات الدقيقة التي تم تطويرها في الصناعة ، والتي كلفت تراخيصها مئات الآلاف وملايين الدولارات. كيف يمكن للطلاب الوصول إلى مثل هذه الكتل وتجربتها دون إجبار الجامعات على شراء تراخيص تجارية؟ كان الرد هو مبادرة MIPSfpga من Imagination ، التي تم الإعلان عنها هذا الربيع ، والتي تلقت على الفور تعليقات رائعة من رئيس جامعة ستانفورد جون هينيسي ، وأساتذة من إمبريال كوليدج لندن ، و Keio ، أقدم جامعة في اليابان.

MIPSfpga هي نسخة جامعية مجانية من نواة المعالج الدقيق MIPS microAptiv UP. يتم استخدام نواة MIPS هذه في منصة Samsung ARTIK 1 الجديدة ، التي أعلنت عنها Samsung في مؤتمر IOT World الأخير في سان فرانسيسكو. مع تقديم MIPSfpga في الجامعات ، لا يمكن للطلاب فقط استخدام الرقائق الجاهزة مثل ARTIK 1 ، ولكن يمكنهم أيضًا الوصول إلى شفرة المصدر (بلغة وصف أجهزة Verilog) لنفس نواة المعالج ، والتي يستخدمها مهندسو Samsung أنفسهم في منتجهم . علاوة على ذلك ، بعد تجربة MIPSfpga ، يمكن للطلاب نظريًا جمع الأموال من الرأسماليين المغامرين وإنشاء دائرة تجارية صغيرة يمكنها التنافس مباشرة ضد Samsung نفسها.

www.artik.io/hardware/artik-1

(12 12 ) Samsung ARTIK 1 — MIPS microAptiv UP UC, . “ ” ( — The Internet of Things, “ ”).

MIPSfpga 25 Register Transfer Level (RTL, ). , Verilog, (logic synthesis) ; (static timing analysis) , , (place-and-route) .

إن FPGA أمر جيد ، ولكن هل يمكن للطالب أن يرى رقاقة صغيرة مصنوعة في المصنع من تصميمه الخاص؟ ووفقًا لديفيد هاريس ، فإن "MOSIS متاحة لهذه الاحتياجات في الولايات المتحدة الأمريكية ، و Europractice متاح في أوروبا. تشكل MOSIS ما يسمى رقاقة المشاريع المتعددة (MPW) - نموذج طلب للإنتاج على نطاق صغير ، عندما يتم تصنيع العديد من الدوائر المتكاملة المختلفة التي طورتها فرق من منظمات مختلفة على رقاقة أشباه الموصلات. لدى MOSIS جدول زمني تستطيع فيه الجامعات إرسال "مخططات" (ملفات GDSII) ويمكنها إرسالها إلى المصانع. مثل هذا الإنتاج مجاني للاحتياجات التعليمية ويوفر أسعارًا جذابة للغاية لاحتياجات البحث. وهذا يتيح لكل من الطلاب والباحثين تلقي نتائج عملهم في شكل دوائر صغيرة جاهزة. "

نظريا ، يمكن للحكومة الروسية أن تفعل نفس الخدمة لمصنعي Zelenograd Mikron و Angstrom. هذه المصانع ليست متقدمة مثل TSMC التايوانية - فهي تستخدم معدات مستعملة تم شراؤها من ST و AMD و IBM ، قادرة على إنتاج 90 شريحة نانومتر فقط. ولكن هذا لا يعني أنه لا يمكن تصنيع المنتجات المتقدمة في هذه المصانع. على سبيل المثال ، يتم تصنيع وحدات التحكم الدقيقة الفرنسية الإيطالية STM32 القائمة على معالج ARM Cortex M4 البريطاني وفقًا لهذه التقنية.

علاوة على ذلك ، وفقًا لديفيد هاريس ، "لا يوجد شيء متقدم مطلوب لأغراض التدريب. الترانزستور هو دائمًا ترانزستور 10 ميكرون (10 ميكرون أو 10000 نانومتر هو التكنولوجيا التي تم تصنيع أول معالج Intel Intel 4004 عليها عام 1971) ، وهو 90 نانومتر أو 10 نانومتر ". تبلغ تكلفة المصنع الأكثر حداثة 5-6 مليار دولار ، المصنع في Zelenograd - 600 مليون ، ولكن إذا شرعت في إظهار الطلاب كيفية إنتاج الترانزستور ، فستحتاج الجامعة إلى شراء عدة ملايين من المعدات الإضافية من بعض المصانع القديمة ، على الرغم من أنه بعد ذلك عليك الدفع مقابل المواد الكيميائية والتهوية ومعدات السلامة ".

من ناحية أخرى ، وفقًا لديفيد هاريس ، "لا أعتقد أن المصمم الجيد يحتاج إلى خبرة عمل مباشرة. على الرغم من أن هذه التجربة هي بالطبع زائد. "

نصائح لروسيا

أجاب العديد من المشاركين في ندوة لوس أنجلوس MIPSfpga على أسئلة حول ما يمكن القيام به في روسيا.
يعتقد جيسون وونغ ، مدير البرنامج التعليمي في Xilinx ، وهي الشركة الرائدة في سوق FPGA ، أن برنامج تطوير التعليم يجب أن يكون مخصصًا لثقافة كل بلد: "نحن لا نعرف ما الذي سيعمل في روسيا ، ولكن يمكننا القول أنه نجح في بلدان أخرى. "

وأوضح زميله في Xilinx ، الدكتور Parimal Patel: "في الهند ، كما هو الحال في روسيا ، يتعلم الطلاب جيدًا في الرياضيات والفيزياء. اختارت الحكومة العديد من الجامعات الرائدة التي أعدت دورات للبقية في بضع سنوات. بعد 5-6 سنوات ، بدأ النظام في إنتاج النتائج الأولى ".

وأضاف جيسون وونغ "اتخذت إجراءات مماثلة في الصين. في الوقت نفسه ، طالبت الحكومة بتقديم تقارير من الجامعات في شكل خطط خمسية. ربما يتعين على روسيا اعتماد الخطة الخمسية. تم اختراعهم في روسيا؟ (يضحك) ربما. "

لا يرى البروفيسور دانيال شيفر من أكبر جامعة كومبلوتنسي في مدريد الحاجة إلى برامج خاصة ؛ من وجهة نظره ، فإن توسيع تدريس الإلكترونيات هو مجرد مسألة مالية - من الحكومة أو الدخل من التعليم المدفوع في الجامعات. في النظام البيئي الذي تم تطويره بالفعل في أوروبا الغربية ، يتم تحديد أولويات مناطق معينة بشكل طبيعي ، وفقًا لقوانين السوق للأعمال التي يمكن الوصول إليها وقدرات ورغبات الطلاب.

تعتقد الأستاذة سارة هاريس من جامعة نيفادا في لاس فيجاس ، وهي واحدة من مطوري MIPSfpga والمؤلف المشارك لكتاب الإلكترونيات الإلكتروني ، أن الدولة يجب أن تمنح الأساتذة الفرصة لإنشاء برامج تدريبية بأنفسهم ، ولكن في نفس الوقت يجب أن تكون البرامج مرتبطة بالممارسة - يجب على الطلاب بناء أشياء ملموسة.

وخلص البروفيسور ديفيد هاريس ، أستاذ كلية هارفي مود ، المؤلف المشارك للبرنامج التعليمي و MIPSfpga ، الذي كان سابقًا أحد مطوري Intel Pentium والرقائق الأخرى ، إلى أن: "يمكن للمدرسين الذين يكافحون من أجل التميز بميزانية صغيرة نسبيًا إعداد الشباب الذين سيصبحون قادة التكنولوجيا في المستقبل" .

- إذا كنت تحب النص الخاص بي ، وفي نفس الوقت الذي تعيش فيه في موسكو ، يمكنك الانضمام إلى المحاكاة الافتراضية في غضون أيام قليلة. تجتمع مجموعة المحاكاة الافتراضية الطليعية (بما في ذلك أنا) الساعة 12 ظهرًا يوم الأحد 25 أكتوبر ، مخرج مترو سمولينسكايا من خط المترو الأزرق. بعد ذلك ، نذهب لتناول العشاء في الساعة 3 مساءً في جان جاك في نيكيتسكي بوليفارد لإعادة وضع جان جاك من مكان التقاء العاملين في المجال الإنساني المبدعين إلى مكان اجتماع القراء الصعبين وقراء مشاركاتي حول مواضيع صناعة الإلكترونيات الدقيقة.

فيما يلي صور من المحاكاة الافتراضية السابقة:

كيفية تطوير الإلكترونيات الدقيقة في روسيا وهزيمة iPhone

More articles: