⬅️ 👆🏼 ⚰️ Comment développer la microélectronique en Russie et vaincre l'iPhone 🕵🏽 👬 🦍

La base des gadgets modernes est la technologie de création de «systèmes sur puce» (SoC, en anglais System on Chip, SoC). Comment enseigner cette magie noire du 21e siècle aux étudiants russes? Cela a été discuté lors des séminaires organisés par la société britannique Imagination Technologies, l' un des développeurs des composants internes de l'iPhone d'Apple , au printemps dans la banlieue de Los Angeles . Dans une semaine, les mêmes séminaires auront lieu en Russie - pour leur organisation, Imagination a coopéré avec les principales universités russes - l'Université d'État de Moscou, MEPhI, MIET et ITMO , ainsi qu'avec le célèbre fabricant de microcontrôleurs, les sociétés basées en Arizona, Microchip Technology. En plus de la semaine de séminaires du 26 au 30 octobre, des séminaires dans un format similaire auront lieu à Samara Aerospace (5 novembre) et à l'Institut de physique et de technologie de Moscou (9 novembre).

Saucisse et fétiche

iPhone L'affirmation selon laquelle les iPhones ne sont pas fabriqués en Russie est devenue le même cliché culturel de notre époque qu'il y a 40 ans - des histoires sur 50 variétés de saucisses occidentales qui n'étaient pas dans les épiceries soviétiques. Les téléphones russes Yotaphone récemment apparus ne suppriment pas tous les arguments des critiques, car ces téléphones sont construits sur des puces conçues et fabriquées dans d'autres pays.

Cela ne veut pas dire que sur le front russe, les puces pour leurs iPhones et autres gadgets sont complètement désespérées. En mai, un groupe de sociétés russes ELVIS et la société britannique Imagination Technologies ont publié un communiqué de presse conjoint, qui décrit les plans de création de microcircuits conjoints (systèmes sur puce), qui contiendront à la fois des blocs développés à Londres et en Californie, et des blocs développés à Zelenograd, région de Moscou. Dans le même temps, ELVIS est un développeur bien connu de puces pour l'espace, Imagination est le partenaire d'Apple dans le développement de puces dans l'iPhone d'Apple, et le communiqué de presse mentionne les technologies modernes du silicium avec une taille de transistor de base de 28 nm-10 nm.

Une autre société russe, Baikal Electronics, a également annoncé en mai la sortie du microprocesseur russe haute performancepour les systèmes Baikal T1 intégrés. Ce sont déjà de vrais microcircuits que Baikal a commencé à distribuer pour les tests aux ingénieurs de clients potentiels, y compris étrangers. Le Baïkal T1 utilise également des unités Imagination et est fabriqué à Taïwan, mais le système sur une puce a été conçu en Russie, de sorte que le processeur peut être appelé russe.

Est-ce à dire que l'ère des puces russes de la même classe que celle des produits Apple est sur le point de venir? Pas vraiment. Il n'y a que quelques groupes de développement tels que ELVIS et Baikal Electronics. Maintenant, s'il y en avait plusieurs dizaines, et des transactions ELVIS-Imagination - plusieurs centaines - alors il serait possible de dire que la Russie ne deviendrait pas les prochains États-Unis ou Chine en électronique, mais au moins le prochain Israël ou Corée du Sud électronique. La principale contrainte à la croissance est le manque de personnel qualifié. Les jeunes ingénieurs d'ELVIS et d'entreprises similaires ne sont formés que dans quelques universités russes. Comment amener l'enseignement dans un grand nombre d'universités techniques russes au niveau des meilleures universités des États-Unis, d'Europe occidentale et des pays développés d'Asie?

Microprocesseur DIY

La première étape consiste à mettre à jour les didacticiels. Récemment, un nouveau manuel junior, Circuit numérique et architecture informatique, a été créé en russe par les professeurs David et Sarah Harris. Ce manuel est distribué gratuitement sous forme électronique dans le cadre des programmes éducatifs d'Imagination Technologies, qui a acheté les droits de la publication russe à Elsevier Publishing House et organisé sa traduction par un grand groupe de professeurs d'universités russes et ukrainiennes, des employés de sociétés électroniques russes, ainsi que des ingénieurs russes d'entreprises européennes et américaines - Imagination , AMD, Apple et autres. Le Fonds RUSNANO pour les infrastructures et les programmes éducatifs a également participé au transfert .

Une caractéristique distinctive du nouveau manuel - initie l'étudiant à la conception de microcircuits et à la programmation en même temps, comme cela devrait être fait à l'ère des systèmes complexes sur une puce, et lie tout à la pratique. Les élèves construisent leur propre microprocesseur simple et le comparent à un véritable microcontrôleur industriel Microchip PIC32. Mais comment est-il possible - pour un étudiant de fabriquer une puce? Après tout, les frais initiaux pour la production d'un lot commercial de puces dans une usine comme la TSMC taïwanaise (note de bas de page: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) dépassent généralement un million de dollars.

La réponse est une technologie appelée FPGA (abréviation de matrice de portes programmable sur le terrain, «matrices de portes programmables par l'utilisateur»). Ce sont des microcircuits spéciaux, qui sont des matrices de cellules, des fonctions logiques et des connexions qui peuvent être modifiées plusieurs fois après la fabrication. Ils sont beaucoup plus chers et plus lents que les puces spécialisées conventionnelles, mais pour eux, il n'y a pas de mise de fonds pour la production. Il existe maintenant des conseils d'étudiants avec des FPGA qui coûtent moins de 100 $, de sorte que les étudiants et les universités n'ont plus besoin de dépenser de grandes sommes pour expérimenter. De plus, il peut modifier à l'infini le circuit électronique formé en FPGA, en changeant simplement sa mémoire de configuration via un câble connecté à un ordinateur. En termes de flexibilité, cela est similaire à la programmation,bien que l'essence soit différente - dans la programmation, la séquence des instructions du processeur (programme, logiciel) change, et dans FPGA, vous pouvez changer le processeur lui-même (matériel, matériel).

Étudiant contre Samsung

Eh bien, en utilisant un manuel Harris et une carte FPGA, les étudiants peuvent concevoir des microprocesseurs et des périphériques simples. Mais les systèmes commerciaux sur puce utilisent des microprocesseurs développés dans l'industrie, dont les licences coûtent des centaines de milliers et des millions de dollars. Comment les étudiants peuvent-ils accéder à ces blocs et les expérimenter sans forcer les universités à acheter des licences commerciales? La réponse a été l' initiative MIPSfpga d'Imagination , annoncée ce printemps, qui a immédiatement reçu d'excellents commentaires du président de l'Université de Stanford, John Hennessy, des professeurs de l'Imperial College de Londres et de Keio, la plus ancienne université du Japon.

MIPSfpga est une version universitaire gratuite du cœur du microprocesseur MIPS microAptiv UP. Ce noyau MIPS est utilisé dans la nouvelle plate-forme Samsung ARTIK 1, que Samsung a annoncée lors de la dernière conférence IOT World à San Francisco. Avec l'introduction de MIPSfpga dans les universités, les étudiants peuvent non seulement utiliser des puces prêtes à l'emploi comme ARTIK 1, mais également accéder aux codes source (dans le langage de description du matériel Verilog) du même cœur de processeur, qui est utilisé par les ingénieurs Samsung eux-mêmes dans leur produit . De plus, après avoir expérimenté avec MIPSfpga, les étudiants peuvent théoriquement lever des fonds auprès de capital-risqueurs et créer un microcircuit commercial qui peut concurrencer directement Samsung lui-même.

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) .

Le FPGA est bon, mais un étudiant peut-il voir une micropuce fabriquée en usine de sa propre conception? Selon David Harris, «MOSIS est disponible pour de tels besoins aux États-Unis et Europractice est disponible en Europe. MOSIS forme la soi-disant Multi-Project Wafer (MPW) - un bon de commande pour la production à petite échelle, lorsque plusieurs circuits intégrés différents développés par des équipes de différentes organisations sont fabriqués sur une tranche semi-conductrice. MOSIS a un calendrier où les universités peuvent leur envoyer des «plans» (fichiers GDSII) et les envoyer aux usines. Cette production est gratuite pour les besoins éducatifs et offre des prix très attractifs pour les besoins de la recherche. Cela permet aux étudiants et aux chercheurs de recevoir les résultats de leurs travaux sous forme de microcircuits prêts à l'emploi. »

Théoriquement, le gouvernement russe pourrait faire le même service pour les usines de Zelenograd Mikron et Angstrom. Ces usines ne sont pas aussi avancées que le TSMC taïwanais - elles utilisent des équipements d'occasion achetés auprès de ST, AMD et IBM, capables de produire seulement des puces de 90 nanomètres. Mais cela ne signifie pas que les produits avancés ne peuvent pas être fabriqués dans ces usines. Par exemple, les microcontrôleurs STM32 franco-italiens populaires basés sur le processeur britannique ARM Cortex M4 sont fabriqués sur cette technologie.

De plus, selon David Harris, «rien de avancé n'est nécessaire à des fins de formation. Un transistor est toujours un transistor de 10 microns (10 microns ou 10 000 nanomètres est la technologie sur laquelle le tout premier microprocesseur Intel 4004 a été fabriqué en 1971), soit 90 nanomètres ou 10 nanomètres. » L'usine la plus moderne coûte 5-6 milliards de dollars, l'usine de Zelenograd - 600 millions de dollars, mais si vous vous apprêtez à montrer aux étudiants comment produire un transistor, l'université doit acheter plusieurs millions d'équipements supplémentaires dans une ancienne usine, bien que vous deviez ensuite payer pour produits chimiques, ventilation et équipement de sécurité. "

D'un autre côté, selon David Harris, «je ne pense pas qu'un bon designer ait besoin d'une expérience de travail directe. Bien qu'une telle expérience soit, bien sûr, un plus. »

Conseils pour la Russie

Plusieurs participants au séminaire MIPSfpga de Los Angeles ont répondu aux questions sur ce qui peut être fait en Russie.
Jason Wong, responsable du programme éducatif à Xilinx, qui est le leader du marché FPGA, estime que le programme de développement de l'éducation devrait être adapté à la culture de chaque pays: «nous ne savons pas ce qui fonctionnera en Russie, mais nous pouvons dire qu'il a fonctionné dans d'autres pays. "

Son collègue de Xilinx, le Dr Parimal Patel, a expliqué: «En Inde, comme en Russie, les étudiants sont bien formés en mathématiques et en physique. Le gouvernement a sélectionné plusieurs grandes universités qui ont préparé des cours pour le reste en quelques années. Après 5-6 ans, le système a commencé à produire les premiers résultats. »

Jason Wong a ajouté: «Des mesures similaires ont été prises en Chine. Dans le même temps, le gouvernement a exigé des rapports des universités sous forme de plans quinquennaux. Peut-être que la Russie devrait adopter le plan quinquennal. Ils ont été inventés en Russie? (Rires) Peut-être. "

Le professeur Daniel Chaver de la plus grande université Complutense de Madrid ne voit pas la nécessité de programmes spéciaux; de son point de vue, l'expansion de l'enseignement de l'électronique est purement une question d'argent - du gouvernement ou des revenus de l'enseignement rémunéré dans les universités. Dans l'écosystème déjà développé de l'Europe occidentale, la priorisation de certains domaines se fait naturellement, selon les lois du marché des œuvres accessibles, des capacités et des envies des étudiants.

Le professeur Sarah Harris de l'Université du Nevada à Las Vegas, l'un des développeurs de MIPSfpga et co-auteur du manuel d'électronique, estime que l'État devrait donner aux professeurs la possibilité de composer eux-mêmes des programmes de formation, mais en même temps, les programmes devraient être liés à la pratique - les étudiants devraient construire des choses tangibles.

Le professeur Harvey Harris du Collège Harvey Mudd, co-auteur du tutoriel et MIPSfpga, anciennement l'un des développeurs d'Intel Pentium et d'autres puces, a conclu: «Les enseignants qui visent l'excellence avec un budget relativement petit peuvent préparer des jeunes qui deviendront de futurs leaders technologiques» .

- Si vous avez aimé mon texte, et en même temps que vous habitez à Moscou, vous pouvez rejoindre la virtualisation en quelques jours. Le groupe de virtualisation d'avant-garde (dont moi) se réunit à midi le dimanche 25 octobre, à la sortie du métro Smolenskaya de la ligne de métro bleue. Après cela, nous allons déjeuner à 15 heures à Jean-Jacques sur le boulevard Nikitsky pour repositionner Jean-Jacques du lieu de rencontre des humanités créatives au lieu de rencontre des lecteurs durs et des lecteurs de mes articles sur les sujets de l'industrie microélectronique.

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Comment développer la microélectronique en Russie et vaincre l'iPhone

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