Como desenvolver microeletrônica na Rússia e derrotar o iPhone
A base dos gadgets modernos é a tecnologia de criação de "sistemas em um chip" (SoC, em inglês, System on Chip, SoC). Como ensinar essa magia negra do século 21 aos estudantes russos? Isso foi discutido nos seminários organizados pela empresa britânica Imagination Technologies, um dos desenvolvedores do interior do Apple iPhone , na primavera nos subúrbios de Los Angeles . Em uma semana, os mesmos seminários serão realizados na Rússia - para sua organização, a Imagination cooperou com as principais universidades russas - Universidade Estadual de Moscou, MEPhI, MIET e ITMO , bem como com o famoso fabricante de microcontroladores, a Microchip Technology, empresa do Arizona. Além da semana de seminários de 26 a 30 de outubro, os seminários em formato semelhante serão realizados na Samara Aerospace (5 de novembro) e no Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (9 de novembro).
Salsicha e fetiche poriPhone A afirmação de que os iPhones não são feitos na Rússia se tornou o mesmo clichê cultural de nosso tempo há 40 anos - histórias sobre 50 variedades de salsicha ocidental que não estavam nos supermercados soviéticos. Os telefones Yotaphone russos recentemente apresentados não removem todos os argumentos dos críticos, porque esses telefones são construídos em microchips que foram projetados e fabricados em outros países.Isso não quer dizer que, na frente russa, os chips para seus iPhones e outros aparelhos sejam completamente inúteis. Em maio, um grupo de empresas russas ELVIS e a empresa britânica Imagination Technologies emitiram um comunicado à imprensa conjunto, que descreveu planos para a criação de microcircuitos conjuntos (sistemas em um chip), que conterão os dois blocos desenvolvidos em Londres e na Califórnia e os blocos desenvolvidos em Zelenograd, região de Moscou. Ao mesmo tempo, o ELVIS é um conhecido desenvolvedor de chips para o espaço, a Imagination é parceira da Apple no desenvolvimento de chips no iPhone da Apple, e o comunicado à imprensa menciona as modernas tecnologias de silício com um tamanho de transistor de base de 28nm-10nm.Outra empresa russa, a Baikal Electronics, também em maio anunciou o lançamento do microprocessador russo de alto desempenhopara sistemas T1 Baikal incorporados. Estes já são microcircuitos reais que a Baikal começou a distribuir para testes a engenheiros de clientes em potencial, inclusive estrangeiros. O Baikal T1 também usa unidades de imaginação e é fabricado em Taiwan, mas o sistema em um chip foi projetado na Rússia, portanto o processador pode ser chamado de russo.
Isso significa que a era dos chips russos da mesma classe dos produtos da Apple está por vir? Na verdade não. Existem apenas alguns grupos de desenvolvimento, como ELVIS e Baikal Electronics. Agora, se houvesse várias dezenas deles e transações do ELVIS-Imagination - várias centenas -, seria possível dizer que a Rússia não se tornaria o próximo EUA ou China em eletrônica, mas pelo menos o próximo Israel eletrônico ou Coréia do Sul. A principal restrição ao crescimento é a falta de pessoal qualificado. Jovens engenheiros da ELVIS e empresas similares são ensinados em apenas algumas universidades russas. Como levar a educação de um grande número de universidades técnicas russas ao nível das melhores universidades dos EUA, Europa Ocidental e países desenvolvidos da Ásia?Microprocessador DIYO primeiro passo é atualizar os tutoriais. Recentemente, um novo livro júnior, Digital Circuitry and Computer Architecture, foi criado em russo pelos professores David e Sarah Harris. Este livro é distribuído gratuitamente em formato eletrônico como parte dos programas educacionais da Imagination Technologies, que comprou os direitos da publicação russa da Elsevier Publishing House e organizou sua tradução por um grande grupo de professores de universidades russas e ucranianas, trabalhadores de empresas eletrônicas russas e engenheiros russos de empresas européias e americanas - Imagination , AMD, Apple e outros. O Fundo RUSNANO para Infraestrutura e Programas Educacionais também participou da transferência .
Uma característica distintiva do novo livro - apresenta o aluno ao design de microcircuitos e programação ao mesmo tempo, como deve ser feito na era de sistemas complexos em um chip e vincula tudo à prática. Os alunos constroem seu próprio microprocessador simples e o comparam com um microcontrolador Microchip PIC32 industrial real. Mas como é possível - um aluno fazer um chip? Afinal, a taxa inicial pela produção de um lote comercial de chips em uma fábrica como a TSMC de Taiwan (nota de rodapé: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), em regra, excede um milhão de dólares.
A resposta é uma tecnologia chamada FPGA (abreviação de array de portas programável em campo, “matrizes de portas programáveis pelo usuário”). Estes são microcircuitos especiais, que são matrizes de células, funções lógicas e conexões entre as quais podem ser alteradas várias vezes após a fabricação. Eles são muito mais caros e mais lentos do que os chips especializados convencionais, mas para eles não há "adiantamento" para a produção. Atualmente, existem conselhos estudantis com FPGAs que custam menos de US $ 100, então estudantes e universidades não precisam mais gastar grandes quantias para experimentar. Além disso, ele pode alterar ilimitadamente o circuito eletrônico formado no FPGA, simplesmente alterando sua memória de configuração através de um cabo conectado a um computador. Em termos de flexibilidade, isso é semelhante à programação,embora a essência seja diferente - na programação, a sequência de instruções do processador (programa, software) muda e no FPGA você pode alterar o próprio processador (hardware, hardware).Aluno x SamsungBem, usando um livro da Harris e uma placa baseada em FPGA, os alunos podem projetar microprocessadores e periféricos simples. Mas os sistemas comerciais em um chip usam unidades de microprocessadores desenvolvidas na indústria, licenças pelas quais custam centenas de milhares e milhões de dólares. Como os alunos podem acessar e experimentar esses blocos sem forçar as universidades a comprar licenças comerciais? A resposta foi a iniciativa MIPSfpga da Imagination , anunciada nesta primavera, que imediatamente recebeu grande retorno do presidente da Universidade de Stanford, John Hennessy, professores do Imperial College de Londres e Keio, a universidade mais antiga do Japão.O MIPSfpga é uma versão universitária gratuita do núcleo do microprocessador MIPS microAptiv UP. Esse núcleo MIPS é usado na nova plataforma Samsung ARTIK 1, que a Samsung anunciou na última conferência IOT World em San Francisco. Com a introdução do MIPSfpga nas universidades, os estudantes podem não apenas usar chips prontos como ARTIK 1, mas também obter acesso ao código-fonte (no idioma da descrição do hardware Verilog) do mesmo núcleo de processador, usado pelos próprios engenheiros da Samsung em seus produtos . Além disso, depois de experimentar o MIPSfpga, os estudantes podem, teoricamente, arrecadar dinheiro de capitalistas de risco e fazer um microcircuito comercial que possa competir diretamente contra a própria Samsung.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) .
O FPGA é bom, mas um aluno pode ver um microchip fabricado na fábrica com seu próprio design? Segundo David Harris, “o MOSIS está disponível para essas necessidades nos EUA e o Europractice está disponível na Europa. O MOSIS forma o chamado Multi-Project Wafer (MPW) - um formulário de pedido para produção em pequena escala, quando vários circuitos integrados diferentes desenvolvidos por equipes de diferentes organizações são fabricados em um wafer semicondutor. O MOSIS tem um cronograma em que as universidades podem enviar "projetos" (arquivos GDSII) e eles podem enviá-los para as fábricas. Essa produção é gratuita para necessidades educacionais e oferece preços muito atraentes para as necessidades de pesquisa. Isso permite que estudantes e pesquisadores recebam os resultados de seu trabalho na forma de microcircuitos prontos. ”Teoricamente, o governo russo poderia prestar o mesmo serviço às fábricas de Zelenograd Mikron e Angstrom. Essas fábricas não são tão avançadas quanto a TSMC de Taiwan - elas usam equipamentos usados comprados da ST, AMD e IBM, capazes de produzir apenas chips de 90 nanômetros. Mas isso não significa que produtos avançados não possam ser fabricados nessas fábricas. Por exemplo, os populares microcontroladores STM32 franco-italianos baseados no processador ARM Cortex M4 britânico são fabricados com essa tecnologia.Além disso, de acordo com David Harris, “nada é necessário para fins de treinamento. Um transistor é sempre um transistor de 10 mícrons (10 mícrones ou 10.000 nanômetros é a tecnologia na qual o primeiro microprocessador Intel 4004 foi fabricado em 1971), que é de 90 nanômetros ou 10 nanômetros. ” A fábrica mais moderna custa entre US $ 5 e 6 bilhões, a fábrica em Zelenograd - US $ 600 milhões, mas se você mostrar aos alunos como produzir um transistor, a universidade precisará comprar vários milhões de equipamentos extras de alguma fábrica antiga, embora depois disso você tenha que pagar por produtos químicos, equipamentos de ventilação e segurança. ”Por outro lado, de acordo com David Harris, "não acho que um bom designer precise de experiência de trabalho direta. Embora essa experiência seja, é claro, uma vantagem. ”Dicas para a RússiaVários participantes do seminário MIPSfpga de Los Angeles responderam perguntas sobre o que pode ser feito na Rússia.Jason Wong, gerente de programas educacionais da Xilinx, líder de mercado do FPGA, acredita que o programa de desenvolvimento educacional deve ser adaptado à cultura de cada país: "não sabemos o que vai funcionar na Rússia, mas podemos dizer que funcionou em outros países. "Seu colega da Xilinx, Dr. Parimal Patel, explicou: “Na Índia, como na Rússia, os alunos são bem-educados em matemática e física. O governo selecionou várias universidades líderes que prepararam cursos para o resto em alguns anos. Após 5-6 anos, o sistema começou a produzir os primeiros resultados. ”Jason Wong acrescentou: “Medidas semelhantes foram tomadas na China. Ao mesmo tempo, o governo exigia relatórios das universidades na forma de planos de cinco anos. Talvez a Rússia deva adotar o plano de cinco anos. Eles foram inventados na Rússia? (Risos) Talvez.O professor Daniel Chaver, da maior Universidade Complutense de Madri, não vê a necessidade de programas especiais; do seu ponto de vista, a expansão do ensino de eletrônica é puramente uma questão de dinheiro - do governo ou da renda da educação paga nas universidades. No ecossistema já desenvolvido da Europa Ocidental, a priorização de certas áreas ocorre naturalmente, de acordo com as leis do mercado para trabalhos acessíveis, habilidades e desejos dos estudantes.A professora Sarah Harris, da Universidade de Nevada, em Las Vegas, um dos desenvolvedores do MIPSfpga e coautora do livro de eletrônica, acredita que o estado deve dar aos professores a oportunidade de criar eles mesmos programas de treinamento, mas ao mesmo tempo os programas devem estar ligados à prática - os alunos devem construir coisas tangíveis.O professor David Harris, Harvey Mudd College, co-autor do tutorial e MIPSfpga, anteriormente um dos desenvolvedores do Intel Pentium e de outros chips, concluiu: “Os professores que buscam a excelência com um orçamento relativamente pequeno podem preparar jovens que se tornarão futuros líderes em tecnologia” .
- Se você gostou do meu texto e, ao mesmo tempo em que mora em Moscou, pode ingressar na virtualização em apenas alguns dias. O grupo de virtualização de vanguarda (inclusive eu) se reúne às 12 horas do domingo, 25 de outubro, na saída do metrô Smolenskaya da linha azul do metrô. Depois disso, almoçamos às 15h em Jean-Jacques, no Nikitsky Boulevard, para reposicionar Jean-Jacques do local de encontro das humanidades criativas para o local de encontro para leitores duros e leitores das minhas postagens sobre os tópicos da indústria microeletrônica.Aqui estão fotos de virtualizações anteriores:
Source: https://habr.com/ru/post/pt385443/
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