Основные понятия и маршрут проектирования. Лекция 1

1. Проектирование нейропроцессоров

Лекция 1. Основные понятия и маршрут проектирования

2. Нейросети

• Активно развивающееся направление
• Большие ожидания среди участников
рынка
• Потенциальная возможность
автоматизации ряда рутинных задач
• Требуется высокая
производительность вычислительной
платформы

3. Элементная база высокопроизводительных вычислений

4. Этапы проектирования СБИС и основные тенденции

Системная модель
• Совместная оптимизация программно-аппаратных средств
• Система на кристалле
RTL
• Синхронный дизайн
• GALS
Топологический уровень
• Проблема «темного кремния»
• Длительное время моделирования на физическом уровне
• Недостаток практического опыта освоения современных технологических
процессов
4

5. Тенденции современных архитектур высокопроизводительных СБИС

• Проблемы
• Плотная компоновка с высоким
энергопотреблением (проблема
“темного кремния”)
• Общая синхронизация
• Гомогенная архитектура
• Решения
• Разреженная компоновка
• Локальная синхронизация
• Гетерогенная архитектура
5

6. Пример СБИС для высокопроизводительных вычислений (SW26010)

7. Технико-экономические риски

Ошибки ТЗ
Ошибки реализации
RTL
Ошибки при
производстве
• Источник - заказчик
• Объективные
причины – отсутствие
полной информации
о требуемых
характеристиках
микросхемы
• Источник – дизайнцентр
• Объективные
причины – неполное
или противоречивое
ТЗ,
несбалансированные
требования
• Источник - фабрика
• До 50% проектов
требуют повторного
изготовления
тестовой пластины
Единственная
причина, устранимая
только на фабрике
Неверная оценка
экономических
характеристик
• Источник - заказчик
• Объективные
причины – отсутствие
полной информации
о характеристиках
микросхемы

8. Современные тенденции проектирования СБИС

• Устранение ошибок производства является прерогативой и зоной
ответственности фабрики
• Устранение ошибок проектирования и оценки применимости
микросхемы – главный приоритет для совместной работы
заказчика и дизайн-центра
• Системное моделирование – создание программ, имитирующих
выполнение основных алгоритмов.
• Макетирование на базе перепрограммируемых микросхем – получение
функциональной копии устройства на базе микросхемы с многократно
перепрограммируемой структурой (программируемая логическая
интегральная схема, ПЛИС).

9. Системное моделирование

• На этом этапе заказчик подтверждает возможность решения
поставленной задачи выбранным способом, а дизайн-центр
формирует детализированное техническое описание микросхемы
• Инструменты системного моделирования должны допускать
детализацию технического описания
• Недопустимо: Matlab, LabView – работают по принципу «черных
ящиков». Библиотечные компоненты недоступны для детального
анализа, поэтому создать их копию невозможно.
• Допустимо: ассемблер, С/С++, другие структурные языки
программирования без интенсивного использования закрытых
библиотек.
• Требует рассмотрения: инструменты проектирования C-в-RTL (SystemC)

10. Макетирование на базе ПЛИС

• На данном этапе дизайн-центр завершает формирование
конструкторской документации, а заказчик получает возможность
провести испытание максимально близкого по характеристикам
изделия
• Совпадают: интерфейсы, функциональные возможности
• Не совпадают: массо-габаритные показатели, рабочая температура,
устойчивость к внешним воздействиям, потребляемая мощность
• Мелкие партии изделий, предназначенные для
исследовательских целей и опытной эксплуатации, могут быть
выпущены на базе ПЛИС

11. Фабрика: возможность изготовления тестового образца по «совмещенному заказу»

• Тестовая пластина распределяется между несколькими
заказчиками. Стоимость подготовки производства также
распределяется пропорционально.
• Площадь выделяется, как правило, фрагментами 5x5мм
• Доступны технологические процессы 250 - 16 нм
• Стоимость одного фрагмента – от 30 тыс. долл. (180 нм)
• Несколько фабрик (TSMC, UMC, Global Foundries и др.)
объединены в одном интернет-портале с возможностью онлайнзаказа

12. Порядок работы

Моделирование
• C/Python
• HLS (SystemC)
Прототип
• САПР ПЛИС
СБИС
•Cadence/Synopsys
•TSMC