Журнал Компьютерра - Журнал «Компьютерра» №43 от 22 ноября 2005 года
Еще одна технология, без которой не может быть запуска ASIC-проекта[ASIC (Application Specific Integrated Circuit) - микросхема специального назначения. Иными словами, заказная микросхема] (и которую мы использовали при разработке «Мультикора»), это FPGA-прототипирование[FPGA (Field Programmable Gate Array). По-русски ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема. Прототип, он и есть прототип. Вся логика чипа зашивается в перепрограммируемый чип, таким образом проверяется правильность написания Verilog-кода до имплементации (применения) его в «боевой» схеме]. Любая схема должна быть проверена в «железе» до того, как уйти на фабрику. Имплементация любого по сложности решения в FPGA-чип не занимает много времени, но позволяет дать однозначный ответ - заработает ли в реальном чипе ваше схемотехническое решение или нет. Ежели вы все-таки осмелились запустить кристаллы в производство, получили первые образцы и убедились в корректности всех звеньев цепи проектирования, то все последующие чипы (при условии, что вы не вносите в них элементов новизны) с высокой степенью вероятности будут успешны.
В 2002 году мы запустили наш первый чип на «Ангстреме». Технология 0,56 мкм. Чип имел (для неотлаженной технологии!) гигантские размеры - 10х10 мм. К тому же он был спроектирован на новой библиотеке ячеек, которую для «Ангстрема» делали здесь, в России. И в довершение всего он имел встроенную память, разработанную той же командой, которая делала библиотеку стандартных ячеек. Итак, мы запустили первый проект на неопробованной технологии, не обкатав ни библиотеку стандартных ячеек, ни встроенные банки памяти. А надо заметить, что разработкой и верификацией этих ключевых компонентов для фабрик занимаются отдельные специализированные фирмы, например Artisan. Что в результате получилось?
Измерения показали повышенные токи потребления в статическом режиме, что свидетельствовало о технологических дефектах в кристалле. Однако часть чипов «текла» меньше, и мы запустили их на функциональное тестирование. Накристальный отладчик на этих чипах работал, даже проходили несколько команд RISC-ядра. Но большинство блоков памяти имели дефекты, и ни о каком нормальном функционировании чипа речь, конечно, не шла.
В общем, был приобретен некий опыт… Как он повлиял на дальнейшую работу с зеленоградскими смежниками?
- Основная причина неработоспособности кристалла - это, конечно, плохой техпроцесс. Но кроме того (чего мы не сделали), нужно было полностью исключить из чипа все банки памяти и сначала заказывать кристалл размером 5х5 мм, тем самым снизив сложность задачи для технологов в четыре раза. Для этого достаточно было запустить не весь «Мультикор» со всеми ядрами, а лишь одно-единственное RISC-ядро.
Странно, что такой совет нам не был дан технологами «Ангстрема», ведь и колебания параметров техпроцесса на площади 25 кв. мм меньше, чем на площади 100 кв. мм. Чей здесь просчет - руководства завода, пошедшего на поводу у заказчика, требовавшего «всего и сразу» (полнофункциональный чип, со всеми ядрами «на борту»), или технологов, не пожелавших задуматься - что же мы в итоге получим, запустив по необкатанной технологии такую «громадину», - сейчас уже не важно. Нам стало ясно, что с «Ангстремом» и его технологической линейкой образца 2002 года «каши не сваришь». В общем, мы пошли дальше…
Дальше - это куда?
- Последующие запуски «Элвис» делал на зарубежных, проверенных фабриках.
Какие приборы по вашему заказу делают за рубежом?
- Сейчас мы выпустили две серии чипов[Описание архитектуры и детальную информацию см. на www.elvees.ru]: «Мультикор-12» и «Мультикор-24». Они содержат 17,5 млн. транзисторов, работают на тактовой частоте 100 МГц. Объем памяти на кристалле 256 Кбайт. Три ядра RISC (полностью MIPS-совместимые) и одно (два в «Мультикоре-24») DSP-ядро. Чип имеет DMA-контроллер и периферийные элементы: последовательный порт, контроллер памяти (пропускная способность 800 Мбайт/с), LINK-порт, таймер. Производятся чипы по технологии 0,25 мкм на фабрике в Юго-Восточной Азии. Уже изготовлено достаточное количество микросхем, чтобы удовлетворить потребности заказчиков.
В России вы больше ни с кем не кооперируетесь?
- За два года (2003-04) несколькими командами специалистов на «Элвисе» спроектировано восемь чипов. Топологию мы не стали делать сами, доверив разработку профессионалам -проектировщикам-топологам, вышедшим из «Ангстрема». С делом они справились блестяще! Площадь кристалла возросла до 144 кв. мм. Мы достигли частоты 120 МГц и заполнения - 26 млн. транзисторов. Технология по-прежнему 0,25 мкм. Запущен и пробный чип по технологии 0,18 мкм.
Отдельная команда разработала блок ФАПЧ[ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты] (PLL) для схемы синхронизации чипа, а сейчас разрабатывает аналоговые блоки. В их числе - преобразователи АЦП и ЦАП.
Какова производительность ваших устройств?
- В последних чипах она составила 1,4 млрд. 32-разрядных операций с плавающей запятой в секунду. Что нам даст переход на 0,18 мкм, а в дальнейшем и на 0,13 мкм? Каждый такой шаг «вниз» по технологии в среднем в 1,5 раза снижает занимаемую ядром площадь и в 1,6 раза повышает быстродействие.
В пробном чипе по нормам 0,18 мкм мы получили следующие цифры: все ядро функционирует на частоте 200 МГц, DSP-ядро мы разогнали, конвейеризировав исполняемую стадию, до 400 МГц. Итог по производительности - 200 MIPS в RISC-ядре и 1,2 млрд. операций в одной DSP-секции. А одно DSP-ядро может содержать две секции, обрабатывая сразу два набора данных.
При технологии 0,18 мкм в «Мультикоре» может быть одно RISC-ядро и четыре DSP-секции (два DSP-ядра). Итоговая производительность DSP составит 4,8 млрд. операций в секунду. Такого чипа пока нет, но разработать его мы можем. Вопрос в другом: нужен ли он и в каких количествах мы сможем его продавать. Это ведь очень высокопроизводительное решение, которое требуется лишь в очень узком круге задач.
У Texas Instruments в последнем чипе, изготовленном по нормам 0,13 мкм и работающем на частоте 600 МГц, производительность DSP составляет 3,2 млрд. операций. Перевод нашего чипа на эту же технологию обеспечит частоту DSP 640 МГц (RISC будет функционировать на частоте 300 МГц и даст 300 MIPS) и производительность чуть больше 7 млрд. операций в секунду. Сокращение площади позволит поставить дополнительное DSP-ядро, что даст еще 3,8 млрд. операций. В итоге будет достигнута производительность 10 млрд. операций в секунду.
Это же будет печка! Электронагревательный прибор!..
- Вы про рассеиваемую мощность?.. Думаете, придется ставить мощные кулеры? Нет - потребление «Мультикора-24» составляет всего 1,5 Вт в пиковом режиме. Корпус HSBGA позволяет рассеивать до 6 Вт, так что даже радиатор не нужен. Ну а оценки потребления чипа с 10-миллиардной производительностью показывают, что потреблять он будет 6-8 Вт. Там уже придется применять пассивное охлаждение (клеить радиатор).Вернемся в Зеленоград. Вы собирались сказать пару слов о перспективах создания в городе современного полупроводникового завода.
- Когда утверждают, что для постройки «кремниевой фабрики» необходимо 2-3 млрд. долларов, не лукавят. Новая фабрика на технологические нормы 0,25/0,18 мкм - это очень большой производственный комплекс, требующий стабильности в кадрах, заказах и государственной поддержки.
По моему мнению, «Ангстрем» является хорошим базисом для создания такой фабрики. Корпус для производства по технологическим нормам до 0,18 мкм уже построен. Имеются коллективы, занимающиеся поддержанием существующих технологий. Есть в Зеленограде команды, и не одна, разрабатывающие топологию микросхем. Есть несколько фирм, разрабатывающие чипы и системы.
Но потребуется много вспомогательных организаций - фирм-"сателлитов", которые будут «окружать» фабрику, предоставляя множественные услуги по разработке идей, схем, топологий, процессов корпусировки и тестирования, по проектированию готовых систем. То есть эти деньги пойдут не только «на фабрику», но и на обучение людей и создание околофабричной инфрастуктуры.
Вопрос - нужна ли России фабрика? Ответ только «да». Фабрика - это обычное средство получения прибыли. Причем выпускающая продукт с высокой добавочной стоимостью. А развивающийся рынок России «съест» всю продукцию, построенную на чипах этой фабрики, и попросит еще. Кроме того, по планам, на фабрике будет изготавливаться продукция от фирмы IBM - условия лизингового соглашения подразумевают такую схему сотрудничества[Подробнее об этом см. на www.comnews.ru/index.cfm?id=11823 и www.bashnews.ru/modules.php?op=modload amp;name=News amp;file=article amp;sid=516]. Еще пример: на фабрике можно будет выпускать чипы для сотовых телефонов, разработанные не в России. По прогнозам, в этом году количество абонентов сотовой связи в нашей стране увеличится на 30 млн. человек. А ведь у нас еще не все «охвачены» цифровым телевидением, DVD-проигрывателями. Ну а со временем подтянутся местные заказчики - российские fabless-фирмы, которые смогут здесь реализовать в кремнии свои идеи.
