Есть ли среди моих читателей энтомологи? Кто определит, что за букашка сидит на этой Rosa californica?

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.

Gist, похоже, удобная штука для обмена кусочками примеров кода (хотя месяц назад у них был интересный глюк с Verilog versus Coq, который они после моего письма исправили) https://gist.github.com/yuri-panchul/5141b924e7e2b66817e8c74da32f63d3

Вот какое письмо я посылал 20 апреля в Gist по поводу того, что они путали Verilog и Coq - они это поправили: I investigated the matter and reached the conclusion that the current implementation of language recognition is wrong (not simply confusing, imperfect or ambiguous, but wrong) and has to be corrected. Let me explain why.

Based on my and other people experiments, Linguist confuses Verilog and Coq when a file has .v extension and Cyrillic is used in comments. My hypothesis why it happened:
1. I guess for a person who implemented this, Verilog and Coq are two equally obscure (not widely used) languages with similar status. Since Linguist lists languages alphabetically in its file, Coq may (I guess) have priority versus Verilog;
2. Since many Coq users are from France, a possible heuristics which the implementer used "when a file has .v extension and contains non-English symbols, it must be Coq"
3. Since Verilog is a subset of SystemVerilog (just like C is (more or less) a subset of C++), a possible workaround suggested is to change all .v files to .sv.

All three assumptions are false, and false enough to warrant a correction.

1. With all due respect to automatic theorem proving community (Coq), status of Verilog is very different from Coq. Verilog is not well-known to pure software engineers, but is it a bread and butter for chip designers, with several hundred thousand users worldwide. Every and each integrated chip around (Apple iPhone, embedded computers in cars, watches, TVs, practically all chips) is based on millions of lines of Verilog. Every digital system on chip in those companies uses Verilog in the same way as Linux and Windows software engineers use C. Verilog versus Coq is like C versus Erlang. With all due respect to Erlang community, if somebody in Git started to prioritize Erlang support to C support, people would think this is not reasonable, purely based on user base.
2. When I my collegue removed Cyrillic from comments in Verilog file, GIST sudently started interpreting it as Verilog rather than Coq. If a character is a part of heuristic, this should be reverted. There is a lot of Russian Verilog code these days - for example, my friend in a Russian helicopter manufacturer uses Verilog for their embedded computers (he is active in open-source community as well), as well as such Russian companies as ELVEES (computer vision chip), Baikal Electronics (industrial processors) etc.
3. Yes, SystemVerilog (.sv) is a superset of Verilog (.v), but asking everybody to change the extension just to avoid confusion with Coq is unreasonable, it is just like asking Linus Torvalds and his community to rename all .c files in Linux code base to .cpp. Many electronics companies uses Verilog-2001 (.v) for RTL (register-transfer-level) code and SystemVerilog (.sv) for testbench code, and forcing .sv on all those people looks like unreasonable request.

We need to do something about. In addition to my job in Imagination Technologies, I am a member of non-profit educational projects to introduce Verilog, FPGA, logic synthesis and other related technologies to wide community, starting from school children, and constant switching to .sv or avoiding Cyrillic when disseminating snippets of Verilog code is perceived as annoyance to me. I am not an enemy of Coq community, but let's change the recognition in a way that Coq is identified if and only if the code uses Coq-specific non-Verilog keywords and constructs.
Thank you,
Yuri Panchul