📻 🐒 🤵🏾 Wie man Mikroelektronik in Russland entwickelt und das iPhone besiegt 💤 🦓 👩🏼‍🤝‍👨🏻

Die Basis moderner Geräte ist die Technologie zur Erstellung von „Systemen auf einem Chip“ (SoC, auf Englisch System on Chip, SoC). Wie kann man russischen Studenten diese schwarze Magie des 21. Jahrhunderts beibringen? Dies wurde auf den Seminaren besprochen, die das britische Unternehmen Imagination Technologies, einer der Entwickler der Interna des Apple iPhone , im Frühjahr in den Vororten von Los Angeles organisierte . In einer Woche werden die gleichen Seminare in Russland abgehalten - für ihre Organisation arbeitete Imagination mit führenden russischen Universitäten - der Moskauer Staatsuniversität, MEPhI, MIET und ITMO sowie mit dem berühmten Hersteller von Mikrocontrollern, dem in Arizona ansässigen Unternehmen Microchip Technology, zusammen. Zusätzlich zur Seminarwoche vom 26. bis 30. Oktober finden Seminare in einem ähnlichen Format im Samara Aerospace (5. November) und im Moskauer Institut für Physik und Technologie (9. November) statt.

Wurst- und

iPhone- Fetisch Die Aussage, dass iPhones nicht in Russland hergestellt werden, ist zu demselben kulturellen Klischee unserer Zeit wie vor 40 Jahren geworden - Geschichten über 50 Sorten westlicher Wurst, die es nicht in sowjetischen Lebensmittelgeschäften gab. Vor nicht allzu langer Zeit haben die erschienenen russischen Yotaphone-Telefone nicht alle Argumente der Kritiker beseitigt, da diese Telefone auf Mikroschaltungen basieren, die in anderen Ländern entwickelt und hergestellt wurden.

Dies bedeutet nicht, dass an der russischen Front Chips für ihre iPhones und andere Geräte völlig hoffnungslos sind. Im Mai veröffentlichten eine Gruppe russischer Unternehmen ELVIS und das britische Unternehmen Imagination Technologies eine gemeinsame Pressemitteilung, in dem Pläne zur Herstellung gemeinsamer Mikroschaltungen (Systeme auf einem Chip) beschrieben wurden, die sowohl in London und Kalifornien entwickelte Blöcke als auch in Zelenograd, Region Moskau, entwickelte Blöcke enthalten. Gleichzeitig ist ELVIS ein bekannter Entwickler von Chips für den Weltraum, Imagination ist Apples Partner bei der Entwicklung von Chips für das Apple iPhone, und in der Pressemitteilung werden moderne Siliziumtechnologien mit einer Basis-Transistorgröße von 28 nm bis 10 nm erwähnt.

Ein weiteres russisches Unternehmen, Baikal Electronics, kündigte bereits im Mai die Veröffentlichung des russischen Hochleistungs-Mikroprozessors anfür eingebettete Baikal T1-Systeme. Dies sind bereits echte Mikroschaltungen, die Baikal zu Testzwecken an Ingenieure potenzieller Kunden, einschließlich ausländischer, verteilt hat. Baikal T1 verwendet ebenfalls Imagination-Einheiten und wird in Taiwan hergestellt. Das System auf einem Chip wurde jedoch in Russland entwickelt, sodass der Prozessor als russisch bezeichnet werden kann.

Bedeutet dies, dass die Ära der russischen Chips der gleichen Klasse wie bei Apple-Produkten bevorsteht? Nicht wirklich. Es gibt nur wenige Entwicklungsgruppen wie ELVIS und Baikal Electronics. Wenn es nun mehrere Dutzend davon und ELVIS-Imagination-Transaktionen - mehrere hundert - gäbe, könnte man sagen, dass Russland nicht die nächsten USA oder China in der Elektronik werden würde, sondern zumindest das nächste elektronische Israel oder Südkorea. Das Haupthindernis für das Wachstum ist der Mangel an qualifiziertem Personal. Junge Ingenieure für ELVIS und ähnliche Unternehmen werden nur an wenigen russischen Universitäten unterrichtet. Wie kann die Ausbildung an einer großen Anzahl russischer technischer Universitäten auf das Niveau der besten Universitäten in den USA, Westeuropa und den Industrieländern Asiens gebracht werden?

DIY Mikroprozessor

Der erste Schritt besteht darin, die Tutorials zu aktualisieren. Kürzlich wurde von Prof. David und Sarah Harris ein neues Junior-Lehrbuch, Digital Circuitry and Computer Architecture, in russischer Sprache erstellt. Dieses Lehrbuch wird im Rahmen der Bildungsprogramme von Imagination Technologies, die die Rechte an der russischen Veröffentlichung vom Elsevier-Verlag erworben und dessen Übersetzung von einer großen Gruppe von Professoren russischer und ukrainischer Universitäten, Arbeitern russischer Elektronikunternehmen sowie russischen Ingenieuren europäischer und amerikanischer Unternehmen - Imagination - organisiert haben, kostenlos in elektronischer Form verteilt , AMD, Apple und andere. Der RUSNANO-Fonds für Infrastruktur- und Bildungsprogramme nahm ebenfalls an der Übertragung teil .

Eine Besonderheit des neuen Lehrbuchs - führt den Schüler gleichzeitig in das Design von Mikroschaltungen und die Programmierung ein, wie es im Zeitalter komplexer Systeme auf einem Chip geschehen sollte, und bindet alles an die Praxis. Die Schüler bauen ihren eigenen einfachen Mikroprozessor und vergleichen ihn mit einem echten industriellen Microchip PIC32-Mikrocontroller. Aber wie ist es möglich - dass ein Student einen Chip macht? Schließlich übersteigt die anfängliche Gebühr für die Herstellung einer kommerziellen Charge von Mikrochips in einer Fabrik wie der taiwanesischen TSMC (Fußnote: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) normalerweise eine Million Dollar.

Die Antwort ist eine Technologie namens FPGA (kurz für Field Programmable Gate Array, "User-Programmable Gate Arrays"). Hierbei handelt es sich um spezielle Mikroschaltungen, bei denen es sich um Zellmatrizen, logische Funktionen und Verbindungen handelt, zwischen denen nach der Herstellung viele Male gewechselt werden kann. Sie sind viel teurer und langsamer als herkömmliche Spezialchips, aber für sie gibt es keine „Anzahlung“ für die Produktion. Es gibt jetzt Studentengremien mit FPGAs, die weniger als 100 US-Dollar kosten, sodass Studenten und Universitäten nicht mehr viel Geld für Experimente ausgeben müssen. Darüber hinaus kann die im FPGA gebildete elektronische Schaltung unbegrenzt geändert werden, indem einfach der Konfigurationsspeicher über ein an einen Computer angeschlossenes Kabel geändert wird. In Bezug auf die Flexibilität ähnelt dies der Programmierung.Obwohl das Wesentliche anders ist - bei der Programmierung ändert sich die Reihenfolge der Prozessoranweisungen (Programm, Software), und bei FPGA können Sie den Prozessor selbst (Hardware, Hardware) ändern.

Student vs. Samsung

Nun, mit einem Harris-Lehrbuch und einem FPGA-basierten Board können Studenten einfache Mikroprozessoren und Peripheriegeräte entwerfen. Kommerzielle Systeme auf einem Chip verwenden jedoch in der Industrie entwickelte Mikroprozessoreinheiten, für die Lizenzen Hunderttausende und Millionen Dollar kosten. Wie können Studenten auf solche Blöcke zugreifen und damit experimentieren, ohne die Universitäten zum Kauf kommerzieller Lizenzen zu zwingen? Die Antwort war die MIPSfpga-Initiative von Imagination , die in diesem Frühjahr angekündigt wurde und sofort großes Feedback von John Hennessy, Präsident der Stanford University, Professoren des Imperial College London, und Keio, Japans ältester Universität, erhielt.

MIPSfpga ist eine kostenlose Universitätsversion des MIPS microAptiv UP-Mikroprozessorkerns. Dieser MIPS-Kern wird in der neuen Samsung ARTIK 1-Plattform verwendet, die Samsung auf der letzten IOT World-Konferenz in San Francisco angekündigt hat. Mit der Einführung von MIPSfpga an Universitäten können Studenten nicht nur vorgefertigte Chips wie ARTIK 1 verwenden, sondern auch auf den Quellcode (in der Sprache der Verilog-Hardwarebeschreibung) desselben Prozessorkerns zugreifen, den die Samsung-Ingenieure selbst in ihrem Produkt verwenden . Darüber hinaus können Studenten nach dem Experimentieren mit MIPSfpga theoretisch Geld von Risikokapitalgebern sammeln und einen kommerziellen Mikroschaltkreis herstellen, der direkt mit Samsung selbst konkurrieren kann.

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) .

FPGA ist gut, aber kann ein Schüler einen werkseitig hergestellten Mikrochip seines eigenen Designs sehen? Laut David Harris ist „MOSIS für solche Bedürfnisse in den USA verfügbar, und Europractice ist in Europa verfügbar. MOSIS bildet den sogenannten Multi-Project Wafer (MPW) - ein Bestellformular für die Produktion in kleinem Maßstab, bei dem mehrere verschiedene integrierte Schaltkreise, die von Teams aus verschiedenen Organisationen entwickelt wurden, auf einem Halbleiterwafer hergestellt werden. MOSIS hat einen Zeitplan, nach dem Universitäten ihnen „Blaupausen“ (GDSII-Dateien) senden und sie an Fabriken senden können. Eine solche Produktion ist für Bildungszwecke kostenlos und bietet sehr attraktive Preise für Forschungszwecke. Auf diese Weise können sowohl Studenten als auch Forscher die Ergebnisse ihrer Arbeit in Form von vorgefertigten Mikroschaltungen erhalten. “

Theoretisch könnte die russische Regierung den gleichen Dienst für die Zelenograd-Fabriken Mikron und Angstrom leisten. Diese Fabriken sind nicht so fortschrittlich wie die taiwanesische TSMC - sie verwenden gebrauchte Geräte von ST, AMD und IBM, die nur 90-Nanometer-Chips produzieren können. Dies bedeutet jedoch nicht, dass in diesen Fabriken keine fortschrittlichen Produkte hergestellt werden können. Mit dieser Technologie werden beispielsweise die beliebten französisch-italienischen STM32-Mikrocontroller hergestellt, die auf dem britischen ARM Cortex M4-Prozessor basieren.

Darüber hinaus sagt David Harris: „Für Schulungszwecke ist nichts Fortgeschrittenes erforderlich. Ein Transistor ist immer ein 10-Mikron-Transistor (10 Mikrometer oder 10.000 Nanometer ist die Technologie, auf der 1971 der erste Intel 4004-Mikroprozessor hergestellt wurde), also 90 Nanometer oder 10 Nanometer. “ Die modernste Fabrik kostet 5-6 Milliarden Dollar, die Fabrik in Zelenograd - 600 Millionen, aber wenn Sie den Studenten zeigen wollen, wie man einen Transistor herstellt, muss die Universität mehrere Millionen zusätzliche Geräte von einer alten Fabrik kaufen, obwohl Sie danach dafür bezahlen müssen Chemikalien, Lüftungs- und Sicherheitsausrüstung. “

Auf der anderen Seite, so David Harris, „glaube ich nicht, dass ein guter Designer direkte Berufserfahrung benötigt. Obwohl eine solche Erfahrung natürlich ein Plus ist. “

Tipps für Russland

Mehrere Teilnehmer des MIPSfpga-Seminars in Los Angeles beantworteten Fragen dazu, was in Russland getan werden kann.
Jason Wong, Manager für Bildungsprogramme bei Xilinx, dem FPGA-Marktführer, ist der Ansicht, dass das Bildungsentwicklungsprogramm auf die Kultur jedes Landes zugeschnitten sein sollte: „Wir wissen nicht, was in Russland funktionieren wird, aber wir können sagen, dass es in anderen Ländern funktioniert hat. ""

Sein Xilinx-Amtskollege Dr. Parimal Patel erklärte: „In Indien wie in Russland sind die Schüler in Mathematik und Physik gut ausgebildet. Die Regierung hat mehrere führende Universitäten ausgewählt, die in wenigen Jahren Kurse für den Rest vorbereitet haben. Nach 5-6 Jahren begann das System erste Ergebnisse zu erzielen. “

Jason Wong fügte hinzu: „Ähnliche Maßnahmen wurden in China ergriffen. Gleichzeitig forderte die Regierung von den Universitäten eine Berichterstattung in Form von Fünfjahresplänen. Vielleicht sollte Russland den Fünfjahresplan annehmen. Sie wurden in Russland erfunden? (Lacht) Vielleicht. "

Professor Daniel Chaver von der größten Complutense-Universität von Madrid sieht keine Notwendigkeit für spezielle Programme. Aus seiner Sicht ist die Ausweitung des Elektronikunterrichts eine reine Geldsache - von der Regierung oder den Einnahmen aus bezahlter Ausbildung an Universitäten. In dem bereits entwickelten Ökosystem Westeuropas erfolgt die Priorisierung bestimmter Bereiche auf natürliche Weise gemäß den Gesetzen des Marktes für zugängliche Werke, Fähigkeiten und Wünsche der Studenten.

Professor Sarah Harris von der Universität von Nevada in Las Vegas, eine der Entwicklerinnen von MIPSfpga und Mitautorin des Lehrbuchs für Elektronik, ist der Ansicht, dass der Staat Professoren die Möglichkeit geben sollte, selbst Ausbildungsprogramme zu erstellen, aber gleichzeitig sollten die Programme an die Praxis gebunden sein - Studenten sollten greifbare Dinge bauen.

David Harris, Professor am Harvey Mudd College, Co-Autor des Tutorials und MIPSfpga, ehemals einer der Entwickler von Intel Pentium und anderen Chips, kam zu dem Schluss: „Lehrer, die mit einem relativ kleinen Budget nach Spitzenleistungen streben, können junge Menschen vorbereiten, die künftige Technologieführer werden.“ .

- Wenn Ihnen mein Text gefallen hat und Sie gleichzeitig in Moskau leben, können Sie in wenigen Tagen an der Virtualisierung teilnehmen. Die avantgardistische Virtualisierungsgruppe (einschließlich mir) trifft sich am Sonntag, dem 25. Oktober, um 12.00 Uhr am U-Bahn-Ausgang Smolenskaya der blauen U-Bahnlinie. Danach gehen wir um 15 Uhr zum Abendessen in Jean-Jacques am Nikitsky Boulevard, um Jean-Jacques vom Treffpunkt kreativer Humanisten zum Treffpunkt harter Leser und Leser meiner Beiträge zu den Themen der mikroelektronischen Industrie zu positionieren.

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Wie man Mikroelektronik in Russland entwickelt und das iPhone besiegt

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