В свете последних событий (для потомков: гуглим Россия, Украина, 24 февраля 2022), приведших к введению санкций против России в сфере высоких технологий и, в частности, микроэлектроники, я часто слышу вопрос: а что дальше? В каком сейчас состоянии российское микроэлектронное производство? Россия сможет создать полностью локальное производство чипов?
Проектированием простого процессора сейчас никого не удивишь. Любой способный студент может за пару недель написать на верилоге однотактный RISC-V или ARM процессор и синтезировать его для ПЛИС. Процессор будет работать на учебной плате и выполнять простые программы на Си и ассемблере.
Такой процессор можно постепенно усложнять: сделать его конвейерным, добавить кэш и прерывания. Но где находится граница между такими студенческими упражнениями - и взрослыми высокопроизводительными процессорными ядрами, которые стоят в сотовых телефонах и облачных серверах?
На границе между вводным и продвинутым курсом микроархитектуры CPU принято ставить внеочередное выполнение инструкций, именно оно отделяет мальчика от мужа. Эта фича впервые появилась еще в 1960-е годы в суперкомпьютерах CDC 6600 и IBM 360/91, но проникла в персоналки с PentiumPro только в 1996 году и в Apple iPhone в 2012 году.
Именно внеочередное выполнение инструкций - главная козырная карта самого горячего процессорного проекта российской микроэлектроники - двухгигагерцового RISC-V процессора для ноутбуков от компании Ядро / Syntacore. Этот проект был объявлен в прошлом году. Что с ним станет в результате известных событий?
Если вы собираетесь собеседоваться в Apple или Байкал на одну из позиций по проектированию или верификации систем на кристалле (System-on-Chip - SoC), вам совершенно абсолютно точно нужно подготовиться к вопросам по пересечению тактового домена (Clock Domain Crossing- CDC). В SoC типа айфона есть много разных блоков, которые работают на разной тактовой частоте. Чтобы передача данных между ними не глючила, нужно 1) знать почему она может глючить; 2) владеть приемами, которые позволяют избегать этих глюков и 3) четко понимать как используемые приемы влияют на пропускную способность соединения.
Подготовиться к этой секции интервью нужно основательно. Если вы только почитаете про метастабильность в Харрис & Харрис и начнете выкручиваться в стиле ответов Алисы Тепляковой "а, метастабильность ... даа, синхронайзеры ... ммм ... асинхронные FIFO ..." - то тройку на экзамене у жалостливого преподавателя нетопового университета стран бывшего СССР вы может и вытяните, но хорошую работу в коммерческой компании не выиграете.
Как же подготовиться? В Америке по такому вопросу готовят на шестичасом семинаре, который стоит $800 с каждого ученика в классе. Но в России группа энтузиастов подготовила бесплатный семинар, на основе как открытых статей автора американского семинара Клифа Каммингса, так и практикума из МИЭТ и собственных лабораторных занятий.
В истории Кремниевой долины встречались разнообразные взлеты и падения, но немногие из них оставили свой яркий след в истории полупроводниковой индустрии. Большинство ранних компаний сегодня назвали бы стартапами, но несмотря на перспективное будущее, множество смелых идей и громких проектов, львиная доля обитателей калифорнийской мекки, оседлавших волну технологических инноваций, закончили свой путь уже в 80-х. Но два гиганта, прекрасно знакомых каждому сегодня – компании Intel и AMD – продолжали конкурировать на протяжении десятилетий, пока один из них крепко не закрепился в звании лидера рынка. Несмотря на множество достижений и новаторских технологий, компания AMD столкнулась с рядом кризисов, из-за чего уже к концу 2000-х годов капитализация стала резко сокращаться, а перспективы – постепенно затухать. В 2015 году компании уже предрекали банкротство, даже не предполагая, что назначенный незадолго до этого директор Лиза Су в считанные годы перевернет представление о том, на что способен толковый руководитель в Кремниевой долине.
Данная статья пишется с несколькими целями: изложить возможные методы повышения быстродействия стековых процессоров, собрать попутно небольшую библиографию, и закрепить на данный момент что мне известно в этой области. Статья или точнее пост, выйдет крайне сухим и лапидарным.
Статья очень обзорная, даже поверхностная и в ней я не буду углубляться в детали реализации, так как основной целью является сбор и публикация в одном месте тех сведений которые остаются малоизвестными широкой общественности, что бы можно было проводить работу вокруг уже стабильного текста. Малоизвестность их, связана и с недоступностью патентных баз, с тем что некоторые исследования либо недавние, либо только относительно недавно попали в открытый доступ и пылились в архивах.
Часть положений не имеет ссылок на литературу., в силу не полной разработанности темы. И еще потому, что это довольно общеизвестные факты, которые легко найти. А так же потому, что упор сделан на то что неизвестно широким массам общественности.
Широко распространено мнение, что стековые процессоры являются тупиковой ветвью развития, я считаю что это не так. Многие люди полагают, что в стековом процессоре нельзя реализовать те же решения, которые в регистровых процессорах являются основными причинами повышения производительности. Поэтому на сегодняшний момент, стековые, форт -процессоры, в основном используются во встраиваемых системах. Это обусловлено не только их принципиальной ограниченностью, но и основным полем деятельности их разработчиков. Я полагаю, что стековые процессоры могут быть не только процессорами реального времени, но и процессорами общего назначения, пригодными для десктопного и серверного использования.
Проанализируем объявление о приеме на работу в Теслу на позицию джуниор-проектировщика процессора для AI автопилота автомобиля (скриншот ниже). Как мы видим, от соискателя требуется понимание микроархитектуры процессора, проектирование на уровне регистровых передач используя язык описания аппаратуры Verilog, а также понимание, как проектирование логики влияет на временные задержки. Иными словами, соискатель должен понимать, как связаны его строки на верилоге с гигагерцами синтезируемого из них процессора. А понимаете ли это вы?
До текущего момента, отладка С кода для ZX Spectrum была возможна только в некоторых эмуляторах. В предыдущей статье описан процесс написания отладчика, который использовал цепочку gdb-клиент (z88dk) <-> gdb-протокол <-> gdbserver (эмулятор Fuse).
В этой статье описан процесс написания "железного" отладчика для ZX Spectrum, то есть такого, в котором и непосредственно целевой код и код отладчика выполняет один и тот же z80. Как и в случае с эмулятором, используется сетевой протокол gdb, для этого требуется сетевой адаптер Spectranet, который постепенно собирает вокруг себя значительное (англоязычное) сообщество.
Также в статье описана реализация "точек останова" — механизма, без которого не может обойтись ни один отладчик.
Каждый год мы видим очереди фанатов, которым не терпится первыми прикоснуться к только что выпущенному новому айфону. А хотите узнать, как выглядит смартфон за два года до начала его продаж в магазине? Он в это время уже существует, как набор файлов в компьютерах проектировщиков его системы на кристалле.
Что же видит проектировщик Apple на своем экране? Завесу над этой тайной поможет над приоткрыть знаменитый в узких кругах блоггер Джон Кули (John Cooley), который начал свой вебсайт deepchip.com еще в 1990-е годы. Джон собирает всякие слухи, сливы и мнения тысяч инженеров больших электронных компаний, стартапов и контракторов, которые потом все это с большим интересом читают.
Когда-то в 2015 году, Джон опубликовал заметку "За закрытыми дверями", на основе анонимных емейлов от 36 инженеров. Аккурат в это время Apple переходил на собственные версии CPU и GPU (до этого Apple использовал готовые ядра от ARM и Imagination Technologies). Заметка выглядела так:
Недавно здесь была опубликована великолепная статья, сравнивающая архитектуры с технической точки зрения. И мне пришла идея написать статью про три популярных архитектуры со стороны развития бизнеса: какая их них более интересна и может принести больше денег.
Первые тесты процессора Эльбрус-16С. Появилась возможность протестировать инженерный процессор Эльбрус-16С и сравнить его со своим предшественником Эльбрус-8СВ.
Сегодня в мире существует совсем немного специализированных процессоров, чипов или крупномасштабных систем, которые можно отнести к нейроморфным. Про нейроморфные вычисления в целом мы уже говорили, про нейроморфные чипы тоже, а в этой статье расскажем о самых заметных на сегодня реализациях. Попытаемся раскрыть их суть, разобрать отличительные черты и выделить некоторые особенности.
Ну и как всегда, больше деталей на нашем инженерном портале.
В начале 2020-го года в сети появляется новость о том, что РЖД собирается купить 15 тысяч компьютеров на базе процессоров Эльбрус, потратив на это около 1 млрд руб. Никого не смущает, что тендер заявлен на пятое февраля 20-го года, а конечная дата поставки 25 мая того же года, - кто работал с МЦСТ, тот поймет почему срок нереальный, партии процессоров там "копеечные" и ждать надо долго пока наберут заказов.
