कार्यालय में Apple और Intel के इंजीनियर क्या करते हैं: छात्रों के लिए आधुनिक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में कैरियर-उन्मुख ऑनलाइन पाठ्यक्रम

हाल ही में, "स्मार्ट नैनोचिप्स के निर्माता कैसे काम करते हैं" शीर्षक से तीन भागों में एक मुफ्त ऑनलाइन पाठ्यक्रम हाल ही में ( 1 , 2 , 3 ) जारी किया गया है। यह स्कूली बच्चों के कैरियर मार्गदर्शन के लिए अभिप्रेत है और अधिकतम विशिष्टता द्वारा इसकी विशेषता है: माइक्रोचिप डिजाइन टीम में काम का वितरण कैसा दिखता है, यहाँ विकास इस तरह के डिजाइन अवधारणाओं को रजिस्टर ट्रांसफर स्तर पर बनाया गया है, और इन एल्गोरिदम का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि डिज़ाइन किए गए प्रोसेसर कंप्यूटर या कंप्यूटर के लिए कितना मेगाहर्ट्ज़ काम करेंगे। मोटर वाहन इलेक्ट्रॉनिक्स।

सैद्धांतिक कैरियर मार्गदर्शन के अलावा, कोर्स का उपयोग FPGAs और प्रोसेसर डिजाइन पर व्यावहारिक ग्रीष्मकालीन स्कूलों के लिए छात्रों का चयन करने के लिए किया जा सकता है। इस तरह के एक स्कूल की योजना इस साल ज़ेलेनोग्राड में की गई है, इसके प्रोटोटाइप का परीक्षण समर स्कूल में नोवोसिबिर्स्क में यंग प्रोग्रामर्स के लिए और आखिरी साल से पहले कीव में स्कूली बच्चों के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स वीक में किया गया था। आप हार्डवेयर-कार्यान्वित न्यूरल नेटवर्क और एक वीजीए डिस्प्ले के आउटपुट के साथ गेम के हार्डवेयर कार्यान्वयन पर हैकाथॉन बनाने की कोशिश कर सकते हैं (बाद में पोस्ट पर अधिक)।



तीन मॉड्यूल में से प्रत्येक में क्या शामिल है के बारे में संक्षेप में - "ट्रांजिस्टर से माइक्रोक्रेसीट", "डिजिटल सर्किटरी का तार्किक पक्ष" और "डिजिटल सर्किटरी का भौतिक पक्ष"।

पाठ्यक्रम "स्मार्ट नैनोचिप्स के रचनाकार कैसे काम करते हैं" पूर्ण शून्य से शुरू होता है, इसलिए इसका पहला भाग, "ट्रांजिस्टर से माइक्रोक्रिसिट के लिए," स्कूली बच्चों के लिए अन्य इलेक्ट्रॉनिक सामग्री को काफी हद तक दोहराता है जो पिछले 50 वर्षों में बनाई गई हैं - एक ट्रांजिस्टर, तर्क तत्व, बाइनरी संख्या और ट्रिगर। आधुनिक आईफोन के अंदर डी-फ्लिप-फ्लॉप की अवधारणा 1986 की क्वांटम पत्रिका की तरह ही है। ट्रांजिस्टर एक हजार गुना कम हो गए, लेकिन उनका सार नहीं बदला है।

जानकारी का एकमात्र ब्लॉक जो कि पिछले पाठ्यक्रमों में नहीं था, तथाकथित मानक कोशिकाओं के बारे में है, जिनमें से अधिकांश तकनीक पर आधुनिक विशेषीकृत माइक्रोक्रिस्केट निर्मित हैं। वे इस तरह दिखते हैं:



नीचे दिए गए परीक्षण से प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास करें, और यदि आप उत्तर जानते हैं, तो आप पाठ्यक्रम के पहले मॉड्यूल को छोड़ सकते हैं:

आधुनिक माइक्रोचिप्स (एएसआईसी मानक कोशिकाओं) के मानक कोशिकाओं को मानक क्यों कहा जाता है?

1. ओह, मुझे पता है! ऐसा इसलिए है क्योंकि वे मानक तार्किक कार्यों को लागू करते हैं और, या नहीं
2. मानक कोशिकाओं में ट्रांजिस्टर तत्वों की एक मानक रासायनिक संरचना होती है
3. मानक सेल मानक क्लॉक स्पीड पर काम करते हैं
4. उनके पास एक मानक ऊंचाई (क्षेत्र पर आयाम) है, जो उन्हें बिजली की आपूर्ति और उनके एक दूसरे के साथ स्वचालित कनेक्शन को सरल करता है
5. मानक कोशिकाओं की संरचना एक बार कुछ यूरोपीय मानक समिति द्वारा मानकीकृत की गई थी।

सही उत्तर है:


यदि आप नहीं जानते हैं, तो आप पाठ्यक्रम के पहले मॉड्यूल के माध्यम से जा सकते हैं - "ट्रांजिस्टर से माइक्रोक्रेसीट के लिए।" यहाँ इसकी सामग्री है:



यदि पाठ्यक्रम का पहला मॉड्यूल "स्मार्ट नैनोचिप्स के निर्माता कैसे काम करते हैं" उन्हीं चीजों के बारे में बात करता है जो 1970 के दशक से स्कूली बच्चों के लिए लोकप्रिय ग्रंथों में रही हैं, तो दूसरे भाग में, "डिजिटल युग के तार्किक पक्ष", हम उस क्षेत्र में प्रवेश करते हैं कोई क्वांटम पत्रिका नहीं थी, और यूएसएसआर के पतन के कारण सामान्य रूप से, रूसी शिक्षा में छोड़ दिया गया था। हम तथाकथित आरटीएल-टू-जीडीएसआईआई मार्ग के बारे में बात कर रहे हैं, हार्डवेयर विवरण भाषाओं वेरिलॉग और वीएचडीएल में कोड के संकलन / संश्लेषण के आधार पर अरबों ट्रांजिस्टर और चिप ट्रैक रखने की योजना तैयार करने के तरीके। उन्नत छात्रों के स्तर के साथ इस क्षेत्र में विफलता को दूर किया जाना चाहिए। अन्यथा, वास्तव में रूसी आईफ़ोन, रोबोट या स्वयं-ड्राइविंग कार नहीं हैं।



हाल के वर्षों में, रूस ने भाषाओं से हार्डवेयर विवरणों को संश्लेषित करके डिजिटल सर्किट डिजाइन को लोकप्रिय बनाने का काम किया है, जिसमें डेविड हैरिस और सारा हैरिस द्वारा मुक्त (इलेक्ट्रॉनिक संस्करण) पाठ्यपुस्तक के रूसी में रिलीज़ होने के कारण "डिजिटल सर्किटरी और कंप्यूटर वास्तुकला" शामिल है। । इस पाठ्यपुस्तक के बारे में Habré की पोस्ट को 300 हज़ार से अधिक बार देखा गया, और डाउनलोड ने ब्रिटिश साइट इमेजिनेशन टेक्नोलॉजीज को दो बार अभिभूत किया। हाल ही में ट्यूटोरियल का एक अंतिम संशोधित संस्करण जारी किया गया था, जिसे आप MIPS वेबसाइट से लिंक से डाउनलोड कर सकते हैं। सच है, लिंक केवल विंडोज के तहत काम करता है, लेकिन मैक पर और लिनक्स के तहत यह छोटी गाड़ी है। यदि आपको इसमें कोई समस्या है, तो आप यहां से उसी संस्करण को डाउनलोड कर सकते हैं । या ओजोन पर या भूलभुलैया में DMK प्रेस से एक पेपर बुक खरीदें।



"डिजिटल सर्किटरी का तार्किक पक्ष" पाठ्यक्रम का मॉड्यूल "स्मार्ट नैनोचिप्स के निर्माता कैसे काम करते हैं" हैरिस से "मुस्कुराते हुए घोंघा" के उदाहरण का उपयोग करता है। घोंघा एक राज्य मशीन है जो शून्य और लोगों के दृश्यों को पहचानता है। पाठ्यक्रम Verilog हार्डवेयर विवरण भाषा में "घोंघा" मशीन के स्रोत कोड को समझता है, और राज्य मशीन राज्य चित्र और समय संकेत चित्र की अवधारणाओं का परिचय देता है। इसके बाद, विवरण से संश्लेषित एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को "घोंघा" राज्य मशीन के भंडारण के लिए तर्क तत्वों और डी-ट्रिगर के साथ दिखाया गया है।





"घोंघा" उदाहरण के आधार पर, हैकथॉन पर स्कूली बच्चे FPGA कार्ड के लिए विभिन्न "कोड लॉक" को संश्लेषित कर सकते हैं। पाठ्यक्रम के लिए परीक्षा में "स्मार्ट नैनोचिप्स के निर्माता कैसे काम करते हैं" तथाकथित "चीनी कमरे" के राज्य मशीन के राज्य आरेख के बारे में एक सवाल है - कृत्रिम बुद्धि के क्षेत्र से एक लोकप्रिय उदाहरण। यहाँ चीनी पात्रों के साथ बातचीत के लिए एक साधारण राज्य मशीन का आरेख है। यदि आप उसे कई चित्रलिपि "वृक्ष" और "भालू" का संयोजन देते हैं, तो निम्नलिखित चित्रलिपि "विज्ञान" के साथ, मशीन "साइबेरिया" के चित्रलिपि का एक क्रम देगा - यह एक ऐसा उदाहरण है जो नोवोसिबिर्स्क एकेडमोडोरॉक में स्कूली बच्चों के लिए एक सेमिनार के दौरान पैदा हुआ था:



तीसरा भाग, "द डिजिटल साइड ऑफ़ डिजिटल सर्किटरी", बताता है कि कैसे दूसरे भाग में संश्लेषित तर्क तत्वों का एक ग्राफ माइक्रोक्रेसीट पर रखा जाता है और एक जीडीएसआईआई ड्राइंग में बदल जाता है जिसे कारखाने में भेजा जाता है जहाँ माइक्रोक्रिकेट्स बेक किए जाते हैं। यह भाग प्लेसमेंट और ट्रेसिंग एल्गोरिदम पर भी चर्चा करता है जो गणितीय रूप से उन्मुख छात्रों के लिए ब्याज की होगी। माइक्रोकाइक्रेट्स डिजाइनिंग के स्वचालन के क्षेत्र में अनुसंधान गणित प्रतियोगिताओं के पूर्व विजेताओं के बीच एक लोकप्रिय क्षेत्र है।



यहां Synopsys IC Compiler का उपयोग करके प्लेसमेंट और ट्रेसिंग के बाद चिप का डिज़ाइन कैसा दिखता है:



लेकिन यह सुरुचिपूर्ण भग्न संरचना चिप के अंदर घड़ी संकेत का एक पेड़ है, जिसे बनाया गया है ताकि घड़ी का संकेत लगभग सभी डी-ट्रिगर पर एक ही समय में आए। इस पेड़ की "शाखाओं" की चौड़ाई सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी के नैनोमीटर स्तर पर तांबे के कंडक्टरों की भौतिक सीमाओं को पूरा करने के लिए माइक्रोक्रिकिट पर मोटी से पतली धातु के यौगिकों से भिन्न होती है:



और यहाँ तथाकथित लहर अनुरेखण एल्गोरिथ्म का एक चित्रण है (अंग्रेजी भूलभुलैया रूटिंग में - "भूलभुलैया में रास्तों की खोज")। इस एल्गोरिथ्म का उपयोग प्रारंभिक डिजाइन स्वचालन कार्यक्रमों में सर्किट के तार्किक तत्वों को जोड़ने के लिए किया गया था। तरंग अनुरेखण एल्गोरिथ्म इतना सरल है कि एक सक्षम हाई स्कूल का छात्र इसे सी, पायथन, या जावा में लिख सकता है। यह उन लोगों के लिए एक उपयोगी अभ्यास है जो भविष्य में बहुत अधिक जटिल एल्गोरिदम लिखने जा रहे हैं, उदाहरण के लिए, भविष्य के तीन आयामी चिप्स के लिए:



वेरिलोग पर डिजिटल सर्किट डिजाइन करने की अवधारणाओं में महारत हासिल करने के बाद छात्र क्या कर सकते हैं? सिम्युलेटर में व्यायाम या FPGA बोर्ड पर चमकती रोशनी के साथ, हालांकि आवश्यक है, बल्कि कष्टप्रद हैं, और सरल प्रोसेसर और तंत्रिका कैलकुलेटर का डिज़ाइन केवल उन छात्रों के एक छोटे प्रतिशत के लिए दिलचस्प है जो कंप्यूटर वास्तुकला में मास्टर करने का निर्णय लेते हैं। सौभाग्य से, छात्रों के लिए संभव होने वाले अभ्यास इन दो क्षेत्रों तक सीमित नहीं हैं।

दो महीने पहले, स्टीवन हग द्वारा वेरिलॉग में डिजाइनिंग वीडियो गेम हार्डवेयर नामक पुस्तक प्रकाशित की गई थी, जो वीजीए डिस्प्ले से जुड़े एफपीजीए में कार्यान्वयन के साथ वेरिलॉग पर गेम योजनाओं के डिजाइन का वर्णन करती है। हम 1970 और 1980 के दशक के वीडियो गेम के बारे में बात कर रहे हैं, जिसमें एक स्कैन, फ्रेम बफर, स्प्राइट्स की पीढ़ी है। अटारी पिंग पोंग, अंतरिक्ष युद्ध, तानिकी। इन खेलों के लिए स्लॉट मशीनों को पहली बार 1970 के दशक में एकीकरण की एक छोटी सी डिग्री के माइक्रोक्रेसीप्स पर वापस इकट्ठा किया गया था, फिर मोटोरोला 6502 सहित पाल और माइक्रोकंट्रोलर्स पर, जो कि ऐप्पल द्वारा पहले इस्तेमाल किया गया था। स्टीवन हैग की पुस्तक में टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स TMS9918 वीडियो प्रोसेसर का उपयोग करते हुए 1980 के दशक की दूसरी छमाही में सोवियत प्रोग्रामर और गेमर्स के लिए जाने वाले स्प्राइट्स के हार्डवेयर कार्यान्वयन पर भी चर्चा की गई है, जो सोवियत स्कूलों में उस समय आयातित जापानी यामाहा MSX कंप्यूटरों में स्थापित किया गया था।

Hagg की पुस्तक न केवल उपयोगी है और न ही उदासीन क्रैंक के लिए बहुत कुछ है। यह आधुनिक छात्रों और स्कूली बच्चों के लिए कार्यों का एक उत्कृष्ट समूह है जो इलेक्ट्रॉनिक्स का अध्ययन करना शुरू कर रहे हैं। चूंकि कार्य पुराने हैं, लेकिन प्रौद्योगिकियां - वेरिलॉग, लॉजिक सिंथेसिस, एफपीजीए प्रोटोटाइपिंग - नई हैं, वही जो अब 6.18 के पाठ्यक्रम में एमआईटी में 2018-2019 शैक्षणिक वर्ष में अध्ययन किया जा रहा है। वेरिलोग और एफपीजीए के साथ सरल अभ्यास के बिना, जो इंजीनियर अब इंटेल, एनवीडिया और एएमडी में सांता क्लारा में बैठते हैं, एप्पल और अन्य इलेक्ट्रॉनिक कंपनियों में क्यूपर्टिनो में बड़े नहीं होंगे।





संक्षेप में देना। यह अच्छा होगा यदि अब कुछ निश्चित स्कूल और विश्वविद्यालय के शिक्षक इस पाठ्यक्रम की जाँच करेंगे कि "स्मार्ट नैनोचिप्स के निर्माता कैसे काम करते हैं", जिसके बाद वे इसमें रुचि रखने वाले छात्रों को भेजते थे। फिर, स्कूली बच्चों के लिए जो इस पाठ्यक्रम का प्रमाण पत्र प्राप्त करेंगे, आप उन्हें FPGA बोर्डों के साथ एक व्यावहारिक संगोष्ठी में आमंत्रित कर सकते हैं (जिनमें से कुछ को सफल परियोजनाओं के लिए पुरस्कार के रूप में वितरित किया जाएगा)। इस तरह के सेमिनारों पर अब मास्को के ज़ेलेनोग्राड में चर्चा हो रही है, सोची, मिन्स्क और अन्य स्थानों में भी रुचि है। लंबे समय में, रूस चिप डेवलपर्स का एक समुदाय विकसित करेगा जो सिलिकॉन वैली, जापान, ताइवान, दक्षिण कोरिया, यूके में विकसित हुआ है और अब शंघाई और अन्य स्थानों पर आकार ले रहा है। यह कुछ ऐसा है जो तकनीकी रूप से उन्नत देश में मौजूद होना चाहिए, और रूस में इस तरह के विकास का समर्थन करने के लिए गणित, भौतिकी और इंजीनियरिंग में पर्याप्त परंपराएं हैं।