?

Log in

No account? Create an account
Как России победить Айфон - Юрий Панчул [entries|archive|friends|userinfo]
Money can buy bandwidth. Latency requires bribing God.

[ website | My Website ]
[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

Как России победить Айфон [Oct. 20th, 2015|12:23 am]
Yuri Panchul
Основа основ современных гаджетов - технология создания “систем на кристалле” (СнК, по английски System on Chip, SoC). Как обучить этой черной магии XXI века российских студентов? Об этом возник разговор на семинарах, которые организовала весной в пригороде Лос-Анжелеса британская компания Imagination Technologies, являющаяся одним из разработчиков внутренностей Apple iPhone. Через неделю такие же семинары пройдут в России - для их организации Imagination скооперировалась с ведущими российскими университетами - МГУ, МИФИ, МИЭТ и ИТМО, а также с известным производителем микроконтроллеров, аризонской компаний Microchip Technology.





Фетиш колбасы и айфонов

Утверждение, что в России не делают айфоны, стало таким же культурным клише современности, как 40 лет назад - рассказы про 50 сортов западной колбасы, которых не было в советских гастрономах. Не так давно появившиеся российские телефоны Yotaphone не снимают все аргументы критиков, ибо эти телефоны построены на микросхемах, которые были спроектированы и произведены в других странах.

Нельзя сказать, что на российском фронте микросхем для своих айфонов и других гаджетов - полная безнадежность. В мае группа российских компаний «ЭЛВИС» и британская компания Imagination Technologies выпустили совместный пресс-релиз, в котором описали планы создания совместных микросхем (систем на кристалле), которые будут содержать как блоки, разработанные в Лондоне и Калифорнии, так и блоки, разработанные в подмосковном Зеленограде. При этом «ЭЛВИС» - известный разработчик микросхем для космоса, Imagination - партнер Apple по разработке микросхем в Apple iPhone, а в пресс-релизе упоминаются современные кремниевые технологии с размером базового транзистора 28нм-10нм.

Другая российская компания “Байкал Электроникс” также в мае назад объявила о выпуске российского высокопроизводительного микропроцессора для встроенных систем “Байкал Т1”. Это уже реальные микросхемы, которые “Байкал” начал раздавать для тестирования инженерам потенциальных заказчиков, в том числе зарубежных. “Байкал Т1” также использует блоки от Imagination и производится на Тайване, но система на кристалле была спроектирована в России, поэтому процессор может называться российским.





Значит ли это, что эпоха российских микросхем того же класса, как и в продуктах Apple, вот-вот наступит? Не совсем. Таких групп разработчиков, как “ЭЛВИС” и “Байкал Электроникс”, в России всего несколько. Вот если бы их стало несколько десятков, а сделок типа ЭЛВИС-Imagination - несколько сотен, - тогда бы можно было говорить, что Россия становится пусть не следущими США или Китаем в электронике, но хотя-бы следущим электронным Израилем или Южной Кореей. Главным органичением роста является недостаток квалифицированных кадров. Молодых инженеров для ЭЛВИС-а и подобных компаний учат всего в нескольких российских университетов. Как привести образование в большом количестве российских технических вузов к уровню лучших университетов США, Западной Европы и развитых стран Азии?

Микропроцессор своими руками

Первый шаг - обновить учебники. Недавно вышел на русском языке новый учебник для младших курсов «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера» созданный профессорами Дэвидом и Сарой Харрис. Этот учебник распространяется бесплатно в электронной форме как часть образовательных программ Imagination Technologies, которая купила права на русское издание у издательства Elsevier и организовала его перевод большой группой профессоров российских и украинских вузов, работников российских электронных компаний, а также русских инженеров европейских и американских компаний - Imagination, AMD, Apple и других. В переводе участвовал и фонд инфраструктурных и образовательных программ РОСНАНО.







Отличительная черта нового учебника - вводит студента в проектирование микросхем и программирование одновременно, как это и нужно делать в эпоху сложных систем на кристалле, и привязывает все к практике. Студенты строят собственный простой микропроцессор и сравнивают его с реальным индустриальным микроконтроллером Microchip PIC32.





Но как это возможно - для студента сделать микросхему? Ведь начальная плата за производство коммерческой партии микросхем на фабрике типа тайваньской TSMC (сноска: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), как правило, превышает миллион долларов.

Ответом является технология, которая называется FPGA (аббревиатура от англ. field programmable gate array, “программируемые пользователем вентильные матрицы”). Это специальные микросхемы, которые представляют собой матрицы из ячеек, логические функции и соединения между которыми можно многократно менять после изготовления. Они гораздо дороже и медленнее, чем обычные специализированные микросхемы, но для них нет “начального взноса” на производство. Сейчас на рынке есть студенческие платы с FPGA стоимостью менее $100, поэтому студенту и университетам для экспериментирования больше не нужно выкладывать крупные суммы. Более того, он может неограниченно менять формируемую в FPGA электронную схему, просто меняя ее конфигурационную память через кабель, подсоединенный к компьютеру. По гибкости это похоже на программирование, хотя суть другая - в программировании меняется последовательность инструкций процессора (программа, software), а в FPGA можно изменить сам процессор (аппаратура, hardware).


https://www.youtube.com/watch?v=e-1F5JM-a2g




Студент против Samsung-а

Хорошо, используя учебник Харрисов и плату с FPGA, студенты могут разрабатывать простые микропроцессоры и периферийные устройств. Но коммерческие системы на кристалле используют микропроцессорные блоки, разработанные в промышленности, лицензии на которые стоят сотни тысяч и миллионы долларов. Каким образом студенты могут получить доступ и экспериментировать с такими блоками, не заставляя университеты покупать коммерческие лицензии? Ответом стала инициатива компании Imagination под названием MIPSfpga, анонсированная этой весной, которая сразу получила замечательные отклики от президента Стэнфордского университета Джона Хеннесси, профессоров Imperial College London и старейшего в Японии университета Кэйо.

MIPSfpga - это бесплатный для университетов вариант микропроцессорного ядра MIPS microAptiv UP. Именно это ядро MIPS используется в новой платформе Samsung ARTIK 1, о которой компания Samsung объявила на последней конференции IOT World, которая прошла в Сан-Франциско. С внедрением MIPSfpga в университеты студенты могут не просто, как прежде, использовать готовые микросхемы типа ARTIK 1, но и получить доступ к исходным кодам (на языке описания аппаратуры Verilog) того же процессорного ядра, которое используется и самими инженерами Samsung-а в их продукте. Более того, после экспериментирования с MIPSfpga студенты теоретически могут привлечь деньги от венчурных капиталистов и сделать коммерческую микросхему, которая сможет конкурировать непосредственно против самого Samsung-а.


https://www.artik.io/hardware/artik-1





Миниатюрный (12 на 12 миллиметров) встроенный компьютер Samsung ARTIK 1 содержит микросхемы с двумя процессорными ядрами - MIPS microAptiv UP и UC, антенной и сенсором движения. Такое устройство можно использовать для “умных вещей” обменивающихся информацией с интернетом (именно так расшифровывается название конференции - The Internet of Things, “интернет вещей”).



MIPSfpga использует стандартную за последние 25 лет методологию описания и разработки цифровой электроники под названием Register Transfer Level (RTL, уровень регистровых передач). Согласно этой методологии, электронная схема описывается на специальном языке Verilog, после чего программа логического синтеза (logic synthesis) превращает описание в математический граф из проводов и логических элементов; другая программа (static timing analysis) сообщает разработчику, вписывается ли разработанная схема в бюджет скорости, а третья программа (place-and-route) раскладывает синтезированную конструкцию по площадке микросхемы.


Отлить в кремнии

FPGA - это хорошо, но может ли студент увидеть микросхему собственного проектирования, сделанную на фабрике? Согласно Дэвиду Харрису, “в США для таких нужд существует сервис MOSIS, а в Европе программа Europractice. MOSIS формирует так называемые Multi-Project Wafer (MPW) - форму заказа для мелкосерийного производства, когда на полупроводниковой пластине изготавливается одновременно несколько различных интегральных схем, разработанных командами из разных организаций. У MOSIS есть расписание, когда университеты могут присылать им “чертежи” (GDSII файлы) и они могут отправлять их на фабрики. Такое производство бесплатно для образовательных нужд и предоставляет очень привлекательные цены для исследовательских нужд. Это позволяет и студентам, и исследователям получать результаты своего труда в виде готовых микросхем”.


https://www.youtube.com/watch?v=kwX2Fmv9yis




Теоретически, такой же сервис могло бы сделать и правительство России для зеленоградских фабрик Микрон и Ангстрем. Эти фабрики не такие передовые, как тайваньская TSMC - они используют подержанное оборудование, купленное у ST, AMD и IBM, способное производить только микросхемы на 90 нанометров. Но это не означает, что на этих фабриках нельзя производить передовые иделия. На этой технологии сделаны например популярные франко-итальянские микроконтроллеры STM32 на основе британского процессора ARM Cortex M4.
Более того, согласно Дэвиду Харрису, “Для целей обучения не нужно ничего передового. Транзистор - это всегда транзистор, что на 10 микрон (10 микрон или 10,000 нанометров - это технология, на которой был сделан первый в истории микропроцессор Intel 4004 в 1971 году), что на 90 нанометров, что на 10 нанометров.” Самая современная фабрика стоит 5-6 миллиардов долларов, фабрики в Зеленограде - 600 миллионов, но если задаться целью показать студентам, как производится транзистор, то университету достаточно купить за несколько миллионов лишнее оборудование с какой-нибудь древней фабрики, хотя после этого нужно платить за химикаты, оборудование для вентиляции и техники безопасности.”

С другой стороны, по мнению Дэвида Харриса, “я не думаю, что для хорошего проектировщика необходим непосредственный опыт на производстве. Хотя такой опыт - это конечно плюс.”

Советы для России

Несколько участников лос-анжелесского семинара по MIPSfpga, ответили и на вопросы, что можно сделать в России.
Джейсон Вонг, менеджер образовательных программ компании Xilinx, которая является лидером рынка FPGA, считает, что программа развития образования должна составляться с учетом культуры каждой страны: “мы не знаем, что будет работать в России, но можем сказать, что работало в других странах.”.

Его коллега по Xilinx, доктор Паримал Пател, разъяснил: “В Индии, как и в России, студенты хорошо образованы в математике и физике. Правительство выбрало несколько ведущих университетов, которые за несколько лет подготовили курсы для остальных. Через 5-6 лет система стала давать первые результаты.”

Джейсон Вонг добавил “Похожие меры были приняты и в Китае. При этом правительство требовало отчетности от вузов в форме пятилетних планов. Может быть России стоит перенять пятилетки. Они были изобретены в России? (Смеется) Может быть”.
Профессор Даниэл Шавер (Daniel Chaver) из крупнейшего Мадридского университета Комплутенсе не видит нужды в специальных программах, с его точки расширение преподавания электроники - это чисто вопрос денег - от правительства или доходов от платного образования в университетах. В уже развившейся экосистеме Западной Европы приоритизация тех или иных направлений происходит естественно, по законам рынка доступных работ, способностей и желаний студентов.

Профессор Сара Харрис из Университета Невады в Лас-Вегасе, одна из разработчиц MIPSfpga и соавтор учебника электроники, считает, что государство должно дать профессорам возможность сами составлять программы обучения, но при этом программы должны быть привязаны к практике - студенты должны строить осязаемые вещи.

Профессор Дэвид Харрис колледжа Харви Мадд, соавтор учебника и MIPSfpga, в прошлом - один из разрабочиков Intel Pentium и других чипов - подвел итог: “группы преподавателей, стремящаяся к совершенству, c относительно небольшим бюджетом могут подготовить молодых людей, которые станут будущими технологическими лидерами”.





----------------------------------

Если вам понравился мой текст, и при этом вы живете в Москве, вы можете примкнуть к развиртуализации всего через несколько дней. Авангардная группа развиртуализации (включая меня) встречается в 12 часов дня в воскресенье 25 октября, выход метро Смоленская синей ветки метро. После этого мы идем в 15.00 обедать в Жан-Жак на Никитском бульваре, чтобы перепозиционировать Жан-Жак из места встреч креативных гуманитариев в место встреч суровых читателей и читательниц моих постов на темы микроэлектронной промышленности.

Вот фотки из предыдущих развиртуализаций:









Мой календарь в России:



В какой части победы над Айфоном вы участвуете / хотите участвовать?

Как физик-исследователь с приложениями для микроэлектронных технологий
2(5.0%)
Как разрабочик ASIC libraries
1(2.5%)
Как автор тулов для автоматизации проектирования
0(0.0%)
Как разработчик аналоговых схем
3(7.5%)
Как разработчик цифровых схем на уровне register transfer level (RTL)
4(10.0%)
Как разработчик систем на кристалле
4(10.0%)
Как разработчик хардвера на уровне электронной системы
6(15.0%)
Как программист встроенных систем
13(32.5%)
Я не хочу ничего разрабатывать, хочу только покупать Айфоны в магазине
5(12.5%)
Из-за бугра плюете?
2(5.0%)
LinkReply

Comments:
Page 1 of 2
<<[1] [2] >>
[User Picture]From: bestysst
2015-10-20 07:44 am (UTC)
похудел чтоль, раньше вроде потолще был
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: dom3d
2015-10-20 09:50 am (UTC)
Это другие потолстели.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: kincajou
2015-10-20 07:51 am (UTC)
Хочу одноплатник на Baikal, чтоб был примерно как Cubieboard (и по цене чтоб тоже)
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: panchul
2015-10-20 03:38 pm (UTC)
Они над доступной платой работают
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
(Deleted comment)
[User Picture]From: Dmitry Yunov
2015-10-20 08:06 am (UTC)
Хороший текст. Даже мне, далекому от этой области человеку, понравилось и вроде понятно.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: ammosov
2015-10-20 08:46 am (UTC)
Панчул, создай запись в ВК. Физтехи другие соцсети не читают. Я расшарю в паблик физтеха. Придет много народу. Только не такую портянку, а максимум 300 знаков + 1 картинка.
(Reply) (Thread)
From: realurix
2015-10-20 01:34 pm (UTC)
Если больше 300 символов, то у физ-тех и физ-этих наступает когнитивный диссонанс и они впадают в маразматический ступор? Поэтому больше 300 символов не понимают? А как же они тогда программы пишут? Или не пишут?
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: sergey_m
2015-10-20 09:22 am (UTC)
Концепция "победы над айфоном", похоже, уже готовится - см. http://kommersant.ru/doc/2832376

Цитата - "По словам чиновника, единственный путь победить США в конкурентной борьбе — навязывать российские технологии другим странам с помощью "военного присутствия". Для этого омбудсмен допустил "пассивные или активные военные действия на территориях сферы влияния США"."

Так что, в опрос можно добавить пункт "Как вежливый человечек".
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: panchul
2015-10-20 12:33 pm (UTC)


У этого Мариничева цветастая манера говорить. Он произнес речь с описанием искуственных гипертрофированных ситуаций. Куски этих описаний выдернули, представив их как его мнение. См.

https://www.facebook.com/dmitry.marinichev/posts/10200890869551208


Dmitry Marinichev

October 15 at 1:34am · Moscow, Russia ·

Про сегодняшний коммерсант.
Получил прекрасный опыт, когда кто-то делает подачу в СМИ за тебя, превратив мысли из контекста в лозунги.

Смысл моих слов был направлен исключительно на тех представителей науки и их мнения, кто находился в зале, но никак ни для СМИ.

Краткая суть и смысл.

Я предложил участникам, прежде чем обсуждать возможные пути импортозамещения и трансфера технологий в науке, ответить на один простой вопрос: Россия внутри глобального рынка или снаружи?

Если снаружи, то импортозамещение должно быть тотальным. Начиная от электронного машиностроения. Разработки дизайна микропроцессоров. Их производства и последующего обучения специалистов. В этом варианте, Россия будет против всех. И только в этом варианте наука получит конкретный госзаказ на решение потребностей государства. Финансирование. И обязательное применение технологий в промышленности и производстве с целью обеспечения нацбезопасности. Но в этом варианте подготовка ИТ специалистов на базе иностранных технологий (продуктов) зло для страны. Но будет поощряться владельцами этих технологий и продуктов из-за рубежа. Также в этом варианте будет действовать абсолютный исторический принцип, что для получения нового рынка сбыта туда вначале должна придти армия. И только потом вы сможете навязать кому-то свои технологии. Что неминуемо приведет к конфронтации с теми, кто уже в рынке присутствует. Если говорить честно, то это означает пассивные или активные, но фактически военные действия. Потому что конкуренция будет не на уровне продуктов, но на уровне сфер политического влияния. Можно называть такое развитие как новую холодную войну или холодно-информационную войну. Уже проходили в Советском Союзе, на опыт которого многие ссылались как на исключительно положительный и на великую отечественную, как главный катализатор нашего прогресса. Нужно понимать, что в этом раскладе никто и никогда просто так никакими технологиями с нами не поделится. Их нужно будет добывать. И многие от науки в зале грустили по этому пути развития. Факт.

Второй вариант это когда Россия интегрирована в общемировую экономику и определилась со своей специализацией и конкурентными сторонами. Это путь АСИ и НТИ. Определение будущих рынков и подготовка ресурсов и специалистов для достижения лидерства в них. в этом варианте ИТ специалистов на западных технологиях готовить необходимо. И готовить уже сейчас, начиная с подростков. И это добро. Поскольку новые продукты будут также необходимы владельцам базовых (фундаментальных) технологий как и нам самим. Но это подразумевает отказ от конфронтации Россия против всех и согласительную позицию по принятию технологического доминирования иностранных компаний, владеющих фундаментальной технологией. И играть мы начинаем по правилам конкуренции компаний в глобальном рынке, а не стран. Что трудно осуществимо в текущих экономико-политических обстоятельствах. Собственно по этому пути шел и идет, упоминаемый в выступлении Китай. Он не имеет абсолютной технологической независимости, но получая от США базовые технологии конструирует и производит продукты, которые конкурентны в мировом масштабе и потребляются также и самими США. Однако, нужно понимать, что кто бы что не говорил, но сегодня Китай не представляет военной угрозы для США. Экономическую может быть и то вряд ли. Россия представляет. А смириться с подчиненным состоянием в силу исторических реалий мы, граждане РФ, сегодня не можем. Впрочем это верно и для граждан США.

Мне лично крайне неприятно, что часть моих идей, описывающая один из предложенных вариантов, взята и представлена как моя позиция. Это абсолютно не так. Но к сожалению это жизнь.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: dom3d
2015-10-20 09:48 am (UTC)
Россия может только лапти плести.
И то, боюсь, что уже не смогут.

Какая конкуренция Айфону, если почти все умные и креативные уже уехали.
Остались только присосавшиеся к трубе ватники и совки.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: craftwr
2015-10-20 10:00 am (UTC)
Вы когда скачете, головой об потолок не бьетесь?
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: craftwr
2015-10-20 09:59 am (UTC)
А зачем айфон побеждать? Пофиг на него.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: oppad1
2015-10-20 12:10 pm (UTC)
все это хорошо, но хотелось бы узнать, на чью мельницу льёте воду?

тех же АРМов в 2015 году изготовлено 10 билионов. билионов, я надеюсь по короткой шкале. но даже по короткой - это 10 ярдов штук. 10 ярдов, карл!
сколько выпущено байкалов? поди тест-ран на пару пластин.

это же не спорт, а бизнес - тут важны количественные показатели, а не "наши калькуляторы самые большие калькуляторы в мире"
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: panchul
2015-10-20 12:37 pm (UTC)
Вы вообще прочли текст или только заголовок и два абзаца? Я пишу о том, что чтобы все наступило, нужно для начала подготовить армию инженеров, и тогда может лет через 10 появятся какие-нибудь существенные изменения:


Значит ли это, что эпоха российских микросхем того же класса, как и в продуктах Apple, вот-вот наступит? Не совсем. Таких групп разработчиков, как “ЭЛВИС” и “Байкал Электроникс”, в России всего несколько. Вот если бы их стало несколько десятков, а сделок типа ЭЛВИС-Imagination - несколько сотен, - тогда бы можно было говорить, что Россия становится пусть не следущими США или Китаем в электронике, но хотя-бы следущим электронным Израилем или Южной Кореей. Главным органичением роста является недостаток квалифицированных кадров. Молодых инженеров для ЭЛВИС-а и подобных компаний учат всего в нескольких российских университетов. Как привести образование в большом количестве российских технических вузов к уровню лучших университетов США, Западной Европы и развитых стран Азии?

(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: spamsink
2015-10-20 03:10 pm (UTC)
Пока месяц не кончился, задай студентам задачку https://www.research.ibm.com/haifa/ponderthis/challenges/October2015.html
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: raydac
2015-10-20 03:39 pm (UTC)
россия врядли сможет победить айфон, так как пипл что должен это делать в целом сидит в фейсбуках, пишет всякую херню и собирает подписи под разными петициями, это все "проще, доступнее"
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: modest_so_zvezd
2015-10-20 04:37 pm (UTC)

Я не понимаю саму физику процесса.  Почему именно кремний?

(Reply) (Thread)
(Deleted comment)
[User Picture]From: aavenger
2015-10-20 05:32 pm (UTC)
Спасибо, постараюсь на досуге посмотреть учебник :)
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: maxdz
2015-10-20 09:12 pm (UTC)
Have you got a permit from KGB to lecture in Russia Youri?

You should better get it - otherwise punishment will be harsh.

"Подчеркивается, что перед заседанием ученого совета 5 октября ученым «напомнили, что в соответствии с действующим законодательством они должны получить разрешение на публикацию или участие в конференции независимо от того, является ли она внутренней или международной». Такие словам содержатся в стенограмме заседания ученого совета, указывает журнал.
...
Шупер утверждает, что разрешение следует получать в «первом отделе университета, который является отделением ФСБ»."
(Reply) (Thread)
(Deleted comment)
[User Picture]From: andrey_yurin
2015-10-21 05:23 am (UTC)
Юрий, а что там такое на доске нарисовано на 4 снизу фотографии? Ну там где операционный усилитель, диодный ограничитель и D-триггер. Студентам разъясняли как сделать генератор прямоугольных импульсов что ли?
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: tonyhofstra
2015-10-22 07:10 am (UTC)
Как работает процессор панчул? Куда там электроны бегают? Ваще че это такое?
(Reply) (Thread)
(Deleted comment)
Page 1 of 2
<<[1] [2] >>