Конференция в Томске: Системы на кристалле для России: мозги смартфонов и самоуправляемых автомобилей

18-22 сентября в Томске пройдет конференция NGC/CTRP-2017, один из фокусов которой — школа-семинар “Цифровая схемотехника и архитектура компьютеров в эру систем на кристалле и интернета вещей”. Школа-семинар состоит из двух основных секций: совещание по организации преподавания проектирования микросхем в университетах, и учебные классы по базовым технологиям, с использованием образовательных материалов от Imagination Technologies, а том числе перевода на русский язык популярного учебника Дэвида и Сары Харрис “Цифровая схемотехника и архитектура компьютеров”, пакета для прототипирования систем на кристалле MIPSfpga, а также расширенного курса использования микроконтроллеров Connected MCU. Для упражнений во время учебных классов будут использоваться платы с ПЛИС (программируемыми логическими интегральными схемами) от Xilinx и Altera (сейчас отделение Intel).

Информация о регистрации — в конце этого текста.

Системы на кристалле (system on chip, SoC), проектирование высокоинтегрированных микросхем с гетерогенными IP-блоками (CPU, GPU, DSP) — технологическая основа для многих культурных феноменов современного мира, включая смартфоны и быстрый интернет. Значение этой группы технологий еще больше увеличивается с лавинообразным внедрением в автомобильную промышленность чипов для ADAS (advanced driver-assistance systems) и последующим распостранением самоуправляемых автомобилей.

К сожалению, появление ключевых технологий, на которых базируется проектирование систем на кристалле, в мире по времени пришлось аккурат на период коллапса СССР (конец 1980-х — начало 1990-х годов). Западные университеты довольно быстро внедрили в программу обучения языки описания аппаратуры (hardware description languages — HDL), методологию проектирования на уровне регистровых передач (register transfer level — RTL), маршрут проектирования RTL-to-GDSII, превращающий код на языках Verilog и VHDL в геометрическое представление дорожек и транзисторов на кремнии, а также лабораторные работы с использованием реконфигурируемых микросхем FPGA (field-programmable gate arrays). Все эти технологии были внедрены в России гораздо позже, и сейчас их преподавание сконцентрировано в небольшом количестве топ-университетов, таких как МИЭТ в Зеленограде и ИТМО в Санкт-Петербурге.

При этом, сейчас в мире растет потребность в устройствах для интернета вещей, в умных чипах с аппаратной поддержкой распознавания графических образов, а также системах машинного обучения. Все эти рынки открывают ниши для разработки новых микросхем, которыми могли бы заняться и разработчики России, страны с богатыми инженерными традициями. Так как современное проектирование отделено от производства, а мир глобализован, то российские разработчики могут лицензировать западные средства проектирования и IP-блоки, а также использовать азиатские фабрики.

В России уже появились успехи на пути проектирования сложных микросхем ASIC (application-specific integrated circuits). Российская компания Байкал Электроникс спроектировала систему на кристалле российского встроенного микропроцессора Байкал-Т, который используется для станков с числовым программным управлением и в контроллерах газопроводов. Российская компания ЭЛВИС-НеоТек спроектировала аппаратный блок для обработки изображений внутри чипа ELISE в совместном проекте с британско-американской компанией Imagination Technologies. Эти проекты финансируются РОСНАНО и поддерживаются российским правительством.

Тем не менее, в России таких компаний как Байкал и ЭЛВИС, гораздо меньше, чем подобных компаний в Калифорнии и в Азии. Основным ограничивающим фактором для России является недостаток армии инженеров, которые могли бы спроектировать разнообразные чипы для появляющихся на горизонте применений. В российском обществе распостранены различные заблуждения, вроде того, что эти технологии якобы только для каких-то далеких людей в белых халатах, группирующихся вокруг Стива Джобса, а в России нужно якобы только программировать готовые чипы. В университетских программах есть провалы, связанные именно с тем, что когда маршрут RTL-to-GDSII появился в 1990-х на Западе, преподавателям в России было не до университетских программ. Игнорируется возможность интеграции концепций HDL и RTL в программы физматшкол, где их можно было бы привязать к математической логике, теории конечных автоматов и электричеству, подобно тому, как обогатило советские школьные программы введение в середине 1980-х годов элементов программирования.

Цель школы-семинара в Томске — дать толчок широким изменениям, с помощью группы преподавателей и представителей российских и международных компаний, которые уже работают над привязкой российской системы образования к электронной промышленности.

Согласно предварительному плану, на школе-семинаре выступят преподаватели ведущих российских и украинских университетов, которые поделятся опытом постановки преподавания:

  • Никита Поляков, преподаватель МФТИ и старший инженер АО «МЦСТ» в отделе логического проектирования, сделает введение в язык описания аппаратуры Verilog и методологию проектирования схем на уровне регистровых передач (register transfer level — RTL), с практикумом на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) Altera в среде Quartus II.
  • Илья Александрович Кудрявцев, декан Самарского университета, расскажет про синтезируемое подмножество языка описания аппаратуры VHDL и покажет, какие схемы порождаются из какого кода при использовании среды Vivado и ПЛИС Xilinx.
  • Александр Валериевич Барабанов, доцент Киевского Национального университета, вместе с Чарльзом Данчеком, приглашенным из США преподавателем Университета Калифорнии Санта-Круз, отделение в Кремниевой Долине — проведут обзорные лекции про все этапы проектирования и производства микросхем: cпецификация, кодирование на языке описания аппаратуры, логический синтез, анализ временных задержек; отладка и гарантии качества: cимуляция, эмуляция и верификация; размещение и трассировка с учетом природы материалов и электрического тока; от проектирования к полупроводниковому производству.

Помимо докладов о преподавании, на школе-семинаре будут представлены и доклады о российских разработках:

  • Про искусство функциональной верификации на уровне цифровых блоков, язык SystemVerilog и библиотеку Universal Verification Methodology расскажет Иван Графский, инженер по проектированию ПЛИС в АО «РАА Спецтехника».
  • Про верификацию микропроцессов на уровне архитектуры, а также про архитектуру MIPS расскажет ведущий научный сотрудник Института системного программирования РАН (ИСП РАН), руководитель проекта MicroTESK Александр Камкин.
  • Сергей Бражников из НПК «Технологический центр» расскажет про сделанные в России средства автоматизации проектирования «Ковчег» и маршрут проектирования полузаказных СБИС БМК.

Выступят исследователи и разработчики формирующегося сообщества вокруг MIPSfpga, версии промышленного микропроцессорного ядра MIPS microAptiv UP, которая лицензируется университетам от Imagination Technologies:

  • Юрий Панчул, cтарший инженер по разработке и верификации аппаратуры в команде микропроцессорного ядра MIPS I6500 в Imagination Technologies, Санта-Клара, Калифорния, сделает два доклада:
    • Микроархитектура: между архитектурой и уровнем регистровых передач. Пример для изучения: процессорные ядра MIPS c микроархитектурой, оптимизированной для различных приложений.
    • Системы на кристалле (СнК) — ключевая объединяющая технология создания цифровых устройств. MIPSfpga как первый шаг к обучению создателей СнК.
  • Станислав Леонидович Жельнио, Газпром-информ, расскажет про свои разработки на основе MIPSfpga, включая подключение периферийных устройств, разработку внешнего контроллера прерываний и разработку отладочного интерфейса.
  • Группа сотрудников Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники» (МИЭТ) расскажет про свой опыт интеграции MIPSfpga с системной шиной Wishbone, популярной в исследовательском сообществе. С докладами выступят Евгений Владимирович Примаков и Александр Михайлович Силантьев.
  • Борис Ивашинников, магистр кафедры Промышленной электроник из Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета, приведет свой пример интеграции видео терминала с сиcтемой на основе MIPSfpga.

Один из дней конференции будет посвящен не разработке микросхем, а использованию уже готовых чипов в встроенных системах

  • Преподаватель Новосибирского государственного технического университета Владимир Александрович Микерин, работающий вместе с Владимиром Карповичем Макухой, расскажет про кластерный подход к преподаванию аналоговой и цифровой схемотехники, микропроцессоров, микроконтроллеров и ПЛИС, с демонстрацией лабораторных стендов, которые они испольуют у себя в университете.
  • Антон Евгеньевич Моисеев, преподаватель Нижегородского технического университета, расскажет про использование микроконтроллеров и встроенных процессоров в деле подготовка инженеров для создания встроенных систем для управления промышленным оборудованием и моторами мобильных роботов.
  • Юрий Панчул, инженер Imagination Technologies, также представит образовательный курс Connected MCU, который привязывает обучение студентов программированию микроконтроллеров к компьютерной архитектуре и использованию операционных систем реального времени, на примере FreeRTOS и микроконтроллеров Microchip PIC32MZ на основе микропроцессорного ядра MIPS microAptiv UP.

Из других докладов:

  • Тимур Палташев, Старший менеджер в Radeon Technologies Group, Advanced Micro Devices (AMD) в Саннивейл, Калифорния, и одновременно профессор Санкт-Петербургского Университета ИТМО — расскажет про академическую сеть AMD и инициативу открытого кода GPUOpen, API OpenGL/Vulkan и Radeon Open Compute (ROCm), экза-суперкомпьютеры и нейронные сети на GPU.
  • Андрей Огнев из МФТИ расскажет про образовательные программы для школьников в этом ведущем вузе.
  • Александр Калачев, доцент кафедры вычислительной техники и электроники Алтайского государственного университета, расскажет про приложения реконфигурируемых вычислительных устройств.

В целом, доклады, курсы и планируемые обсуждения на школе-семинаре, широко покрывают спектр технологий, который стоит между программированием и физикой, в деле создания умных устройств для интернета вещей, распознавания и другого прикладного “искусственного интеллекта”. На этой базе можно планировать следующие шаги — в создании в России исследовательского сообщества в области продвинутой микроархитектуры, разработки гетерогенных систем на кристалле со специализированными аппаратными ускорителями для сложных алгоритмов, а также в создании российских средств автоматизации проектирования электроники. Все эти области дают молодым россиянам больше возможностей для интересных и престижных работ, способах самореализации в качестве ученого, инженера или бизнесмена.

Подробная информация о конференции NGC/CTRP 2017 (частью которой является наша школа-семинар) и онлайн регистрация на сайтe:

http://nanoandgiga.com/ngc2017

Участники-школы семинара Digital Design регистрируются также как и все остальные участники конференции и могут принять участие во всех ее мероприятиях конференции NGC/CTRP 2017.

Для оплаты оргвзноса в рублях российским участникам необходимо зарегистрироваться на сайте конференции АПР (переход по ссылке с сайта конференции NGC2017). Доклады на школе-семинаре будут проходить на русском языке или с переводом иностранных докладчиков. Доклады на конференции NGC2017 — на английском без перевода, доклады на конференции АПР — на русском без перевода.

При необходимости дополнительной информации о регистрации просим обращаться к Катерине Полутиной по адресу электронной почты: katrinpolly@gmail.com.

About Юрий Панчул