Commentary Yuri Panchul

18-22 сентября в Томске пройдет конференция NGC2017, 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). Организатор школы-семинара, ведущий инженер компании Imagination Technologies Юрий Панчул рассказал о значении и программе этого учебно-методического форума:

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 физ-мат школ, 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. Поддержка конференции и школы-семинара Томским Государстственным Университетом позволила российским ученым, преподавателям, инжинерам и студентам принять участие в форуме на льготных условиях.