Derinlik DARPA'nın Elektronik Rönesans Programının Yorumlanması
1
Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), 1 Haziran 2017'de Elektronik Diriliş Girişimi'nin (ERI) başlatıldığını duyurdu. Önümüzdeki beş yıl içinde, Birleşmiş Milletler Savunma Sanayi Üssü, akademi, ulusal laboratuvarlar ve diğer inovasyon yataklarının bir sonraki elektronik devrimini başlatmak için 2 milyar ABD dolarından fazla yatırım yapılması planlanıyor. Bu, Amerika Birleşik Devletleri'nin elektronik alanında çok para harcadığı ulusal bir stratejiye sahip başka bir bilimsel araştırma planıdır.Bu makale, elektronik canlanma planının doğuşunun önemi ve arka planı, üç ana araştırma alanı ve elektronik canlanma planının altı ana araştırma yönü hakkında genel bir genel bakış sunacaktır. Aşağıdaki makaleler üç ana araştırma alanına odaklanacaktır: malzemeler ve entegrasyon, sistem mimarisi ve araştırma ve tartışma için tasarım alt konuları.
1. DARPA'nın elektronik canlandırma programının doğuşunun arka planı ve önemi
DARPA, Kilby'nin entegre devreleri önerdiği yıl olan 1958'de kuruldu.Silikon çağında yarı iletken malzemelerin temel ilerlemesi, büyük ölçekli entegrasyon ve hassas üretim de dahil olmak üzere birçok ilerleme DARPA'nın desteği ve tanıtımı altında gerçekleştirildi. . Bununla birlikte, çoğu geliştirme yolu gibi, ölçeklendirme (yani, aynı çipe daha fazla transistör koymak) sonunda sona erecektir. Moore Yasası ile temsil edilen elektroniğin minyatürleştirilmesi, yavaş yavaş fiziğin ve ekonominin sınırlarına ulaşacaktır. Bu dönüm noktası yaklaşırken, mikroelektronik teknolojisinin gelişimi, modern elektronik yenilik mucizesini sürdürmek için yeni bir inovasyon aşaması gerektirecektir.
Amerika Birleşik Devletleri, son 70 yılda elektronik ve yarı iletken alanlarındaki lider konumu nedeniyle ekonomik, politik ve ulusal güvenlik avantajlarından yararlandı. Bugün, Moore Yasası sona ererken, elektronik alanın acilen atılımların kilit noktalarını değiştirmesi gerekiyor. Yapay zeka ve kuantum gibi gelişen teknolojilerin ve endüstrilerin ortaya çıkmasıyla, Birleşik Devletler ERI planını önümüzdeki on yıla, hatta bir yüzyıla ve ayrıca ulusal savunma için yönetecek şekilde ortaya koydu. Kuantum hesaplama, yapay zeka, gelişmiş üretim ve uzay ve biyoteknoloji dahil olmak üzere Bakanlığın en önemli teknoloji kilit alanlarından bazıları önemli bir temel oluşturuyor.
ERI planı, elektronik cihazlar için yeni malzemelerin geliştirilmesine, elektronik cihazları karmaşık devrelere entegre eden yeni mimarilerin geliştirilmesine ve yazılım ve donanım tasarımında yeniliğe odaklanacak. ERI programı, geçen yıl DARPA tarafından oluşturulan Ortak Üniversite Mikroelektronik Programını (JUMP) tamamlayacak.
2. ERI planı ve JUMP planı birbirini tamamlar
JUMP programı, DARPA ve endüstri birliği yarı iletken araştırma şirketi tarafından ortaklaşa finanse edilen en büyük temel elektronik araştırma projesidir. Beş yılda 150 milyon ABD dolarının yatırılacağı tahmin ediliyor ve ABD'deki birçok birinci sınıf üniversite ile araştırma enstitüsünü MIT, Berkeley ve California Üniversitesi sisteminde birleştirecek ve altı farklı yönü keşfetmek için altı farklı araştırma merkezi kuracak. Çok disiplinli bir Alanlar arasında büyük ölçekli uzun vadeli bir işbirliği programının amacı, çeşitli ticari ve askeri elektronik sistemlerin performansını, verimliliğini ve yeteneklerini büyük ölçüde iyileştirmektir.
JUMP programının kamuya açık bilgilerine göre, bu araştırma ve geliştirme çalışmaları "ABD Savunma Bakanlığı için gelişmiş radar, iletişim ve silah sistemlerinde benzersiz teknolojik avantajlar sağlamalı, askeri ve endüstriyel sektörlere avantajlar getirmeli ve ABD ekonomisine ve geleceğine katkıda bulunmalıdır. Çinin ekonomik büyümesi, benzersiz bilgi teknolojisi ve iş rekabet gücü açısından kritik öneme sahip işleme yetenekleri sağlıyor. "
Şekil 1 Eylül 2017'de yayınlanan ERI planı
JUMP, temel konulara, araştırma ve keşfe daha çok odaklanan bir plansa, ERI daha pratiktir ve sektöre daha yakındır. ERI'nin üç ana odak noktası:
Elektronik cihazlar için yeni malzemeler geliştirin (Malzemeler ve Entegrasyon): Devre performansını büyük ölçüde iyileştirmek için daha küçük transistörler yerine geleneksel olmayan devre bileşenlerinin kullanımını keşfedin. Silikon, en yaygın mikrosistem malzemesidir ve silikon germanyum gibi bileşik yarı iletkenler de belirli uygulamalarda rol oynar, ancak bu malzemeler sınırlı işlevsel esnekliğe sahiptir. ERI, periyodik tablonun gelecek nesil mantık ve bellek bileşenleri için çok sayıda aday malzeme sağladığını gösterecektir. Araştırma, farklı yarı iletken malzemelerin tek bir çip üzerinde entegrasyonuna, işleme ve depolama işlevlerini birleştiren "yapışkan mantık" cihazlarına ve mikro sistem bileşenlerinin düzlemsel entegrasyonundan ziyade dikey entegrasyonuna odaklanacaktır.
Elektronik cihazları karmaşık devrelere entegre eden yeni mimariler geliştirin: gerçekleştirdikleri belirli görevler için optimize edilmiş devre yapılarını keşfedin. GPU, makine öğreniminin sürekli ilerlemesinin temelidir ve GPU, özel donanım mimarilerinden önemli performans iyileştirmeleri elde edebileceğini kanıtlamıştır. ERI, desteklenen yazılım gereksinimlerine göre ayarlanabilen yeniden yapılandırılabilir fiziksel yapılar gibi diğer fırsatları keşfedecektir.
Yazılım ve donanım tasarımı yeniliğini gerçekleştirin (Tasarım): özel devrelerin hızlı tasarımı ve gerçekleştirilmesi için araçların geliştirilmesine odaklanın. Genel amaçlı devrelerin aksine, özel amaçlı elektronik cihazlar daha hızlı ve daha enerji verimli olabilir. DARPA, askeri amaçlarla bu uygulamaya özel entegre devrelere (ASIC'ler) yatırım yapıyor olsa da, ASIC'lerin geliştirilmesi çok fazla zaman ve masraf alabilir. Yeni tasarım araçları ve açık kaynak tasarım paradigmaları dönüştürücü olabilir ve yenilikçilerin çeşitli ticari uygulamalar için hızlı ve ucuz bir şekilde özel devreler oluşturmasını sağlar.
3. DARPA'nın "Elektronik Rönesans Projesi" zirvesi, altı büyük proje kooperatif araştırma ekibini açıkladı
23 Temmuz 2018'de, San Francisco, California'da düzenlenen ilk yıllık "Elektronik Rönesans Girişimi" (ERI) Zirvesi'nin açılış töreninde DARPA, malzeme ve entegrasyon, devre konularında destek ve eğitim sağlamayı amaçlayan altı büyük ERI proje kooperatif araştırma ekibini duyurdu. Tasarım ve sistem mimarisinin üç yönü üzerine yenilikçi araştırma.
Bu altı proje, geleneksel transistör boyutunun sürekli küçülmesini tamamlamak ve elektronik performansın sürekli iyileştirilmesini sağlamak için tasarlanmıştır (Moore'un 50 yıl önce tahmin ettiği sorunları çözmek için mevcut yarı iletken geliştirme planının son aşamasında görünecektir).
1. "Üç Boyutlu Monolitik Sistem" -3DSoC: Üç Boyutlu Monolitik Çip Üzerinde Sistem
2. "Yeni bilgi işlem için temel gereksinimler" -FRANC: Yeni Hesaplama için Gerekli Temeller
3. "Belirli Bir Etki Alanındaki Çip Üzerinde Sistem" -DSSoC: Çip Üzerindeki Etki Alanına Özgü Sistem
4. "Yazılım Tanımlı Donanım" -SDH: Yazılım Tanımlı Donanım
5. "Üst düzey açık kaynaklı donanım" -POSH: Lüks Açık Kaynak Donanım
Şekil 2 ERI planının altı büyük projesi üç alana odaklanır: sistem mimarisi, devre tasarımı, malzemeler ve entegrasyon
1. Malzemeler ve entegrasyon
(1) "Üç boyutlu tek çipli sistem" (3DSoC) projesi
Geleneksel mikroelektronik çipler düzlemsel, iki boyutlu bir yapıya sahiptir.3DSoC projesi, tek bir alt tabakanın üçüncü boyutunda bir mikro sistem oluşturmak için gerekli olan malzemelerin, tasarım araçlarının ve üretim teknolojilerinin araştırma ve geliştirilmesine odaklanır. Bu proje ile mantık, depolama ve giriş / çıkış bileşenlerinin verimli bir şekilde paketlenmesi gerçekleştirilebilir, böylece sistemin çalışma gücü tüketimi daha düşük olur ve hesaplama hızı 50 kattan fazla artar.
Seçilen kooperatif araştırma ekibi Georgia Institute of Technology ve Massachusetts Institute of Technology'dir.
(2) "Yeni Tip Hesaplama için Temel Talep" (FRANC) projesi
Projenin amacı, geleneksel mantık ve depolama işlevlerini ayıran von Neumann mimarisinin ötesine geçmektir. Şu anda, von Neumann mimarisi altında, depolama birimi ile işlemci arasındaki veri aktarımının neden olduğu zaman gecikmesi ve enerji tüketimi, bilgisayar performansının daha da iyileştirilmesini engelleyen ana nedenler haline gelmiştir. Bu proje için önerilen araştırma planı, yeni malzemeler, cihazlar ve algoritmaların geliştirilmesi yoluyla mantık devrelerindeki veri depolama hızının nasıl hızlandırılacağını veya yeni ve daha karmaşık mantık ve bellek devre yapıları tasarlayarak bu "depolamayı" nasıl kıracağını göstermelidir. darboğaz ".
Seçilen kooperatif araştırma ekipleri Applied Materials, Ferric, HRL Laboratories, California Üniversitesi, Los Angeles, Illinois Üniversitesi, Urbana Champaign, Minnesota Üniversitesi'dir.
2. Sistem mimarisi alanı
(1) "Yonga üzerinde sistem" (DSSoC) projesi
Projenin kurulması, tek bir programlama çerçevesi aracılığıyla çoklu uygulama sistemlerinin hızlı geliştirilmesi ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Bu tek programlama çerçevesi, çip üzerinde sistem tasarımcılarının belirli teknik alanlarda çip üzerinde sistem uygulamalarının basit bir şekilde programlanmasını sağlamak için genel amaçlı, özel amaçlı (uygulamaya özel entegre devreler gibi), donanımla hızlandırılmış yardımcı işleme, depolama ve giriş / çıkış öğelerini karıştırıp eşleştirmelerini sağlar. . Örneğin, yazılım tanımlı radyo (yazılım tanımlı radyo) bu spesifik teknik alanlardan biridir ve uygulamaları arasında mobil iletişim, uydu iletişimi, özel ağlar, her tür radar ve siber uzay elektronik savaşı yer alır.
Seçilen kooperatif araştırma ekipleri Arizona Eyalet Üniversitesi, IBM, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı ve Stanford Üniversitesi'dir.
(2) "Yazılım Tanımlı Donanım" (SDH) projesi
Bu proje, yeniden yapılandırılabilir donanım ve yazılımın tasarımı ve üretimi için karar vermeye yardımcı bir teknoloji temeli oluşturmayı amaçlamaktadır. Bu yeniden yapılandırılabilir donanım ve yazılımların, veri yoğun algoritmaları çalıştırma becerisine (yetenek, gelecekteki makine öğrenimi ve otonom sistemler için temel oluşturur) ve mevcut uygulamaya özel entegre devrelerle (ASIC'ler) karşılaştırılabilir performansa sahip olması gerekir. Modern savaşta karar verme, binlerce sensör tarafından sağlanan istihbarat, gözetleme ve keşif (ISR) verileri, lojistik / tedarik zinciri verileri ve personel performans değerlendirme endeksi verileri gibi edinilmiş veriler tarafından yönlendirilir. Bekle. Bu verilerin etkili kullanımı, büyük ölçekli hesaplamalar yapabilen etkili algoritmalara dayanır.
Seçilen ortak araştırma ekipleri Georgia Institute of Technology, Intel, NVIDIA, Princeton University, Qualcomm, Stanford University, Systems and Technology Research, University of Michigan, University of Washington'dur.
3. Devre tasarımı alanı
(1) "Üst düzey açık kaynaklı donanım" (POSH) projesi
Proje, ultra karmaşık çip üzerinde sistem tasarımlarını düşük maliyetle uygulamaya yönelik teknolojiler, yöntemler ve standartlar dahil olmak üzere açık kaynaklı bir tasarım ve doğrulama çerçevesi oluşturmayı amaçlamaktadır. DARPA "Elektronik Rönesans" proje ekibi, özel tasarım yeniliklerinde yeni bir çağ açmak için karmaşık yonga üzerinde sistem tasarımının önündeki engelleri azaltabilecek yeni tasarım araçları kullanmayı umuyor. Açık kaynaklı yazılım, uygulama düzeyinde büyük olasılıkla bir inovasyon aracı olacaktır.
Seçilen ortak araştırma ekipleri Brown Üniversitesi, LeWiz, Princeton Üniversitesi, Sandia Ulusal Laboratuvarları, Stanford Üniversitesi, Synopsys, Güney Kaliforniya Üniversitesi, Utah Üniversitesi, Washington Üniversitesi, Xilinx'tir.
(2) "Elektronik Ekipman Akıllı Tasarım" (IDEA) projesi
Proje, elektronik bir donanım otomatik düzen oluşturucu oluşturmak için gereken algoritmaları, yöntemleri ve yazılımı geliştirecek, böylece elektronik tasarım bilgisi olmayan kullanıcılar, karışık sinyalli entegre devreler, paket içi sistemler ve basılı devre kartları gibi elektronik donanımın fiziğini 24 saat içinde tamamlayabilecek. tasarım.
Şekil 3 DARPA, Temmuz 2018'de 6 büyük proje kooperatif araştırma ekibini açıkladı
2
Şekil 1 Malzemeler alanındaki araştırma içeriği ve ERI planına entegrasyon
1. "Üç boyutlu tek çipli sistem" (3DSoC) projesi
Geleneksel mikroelektronik çipler düzlemsel, iki boyutlu bir yapıya sahiptir.3DSoC projesi, tek bir alt tabakanın üçüncü boyutunda bir mikro sistem oluşturmak için gerekli olan malzemelerin, tasarım araçlarının ve üretim teknolojilerinin araştırma ve geliştirilmesine odaklanır. Bu proje ile mantık, depolama ve giriş / çıkış bileşenlerinin verimli bir şekilde paketlenmesi gerçekleştirilebilir, böylece sistemin çalışma gücü tüketimi daha düşük olur ve hesaplama hızı 50 kattan fazla artar. Bu projenin malzemeleriyle ilgili araştırma, yüksek performanslı 3DSoC yongaları elde etmek için özellikle 3DSoC yongalarında farklı mantık ve depolama katmanları için malzeme seçiminde, sistem entegrasyonuyla yakından ilgilidir.
Şekil 27nm teknolojisine ve farklı algoritmalara dayanan en yeni makine öğrenimi hızlandırıcısının uygulama yürütme süresi analizi
Şekil 3 Stanford Üniversitesi'ndeki S. Mitra ekibi tarafından araştırılan yeni 3DSoC çözümü
2. "Yeni Tip Hesaplama İçin Temel Talep" (FRANC) Projesi
Projenin amacı, geleneksel mantık ve depolama işlevlerini ayıran von Neumann mimarisinin ötesine geçmektir. Şu anda, von Neumann mimarisi altında, depolama birimi ile işlemci arasındaki veri aktarımının neden olduğu zaman gecikmesi ve enerji tüketimi, bilgisayar performansının daha da iyileştirilmesini engelleyen ana nedenler haline geldi. Bu proje için önerilen araştırma planının, yeni malzemeler, cihazlar ve algoritmalar geliştirerek veya bu "depolamayı" kırmak için yeni ve daha karmaşık mantık ve depolama devre yapıları tasarlayarak mantık devrelerindeki veri depolama hızının nasıl hızlandırılacağını göstermesi gerekir. darboğaz ".
FRANC projesi aşağıdaki gibi iki ana teknik alana ayrılmıştır:
Teknik Alan 1 (TA1) yeni topoloji devre prototipini araştırıyor
Alt alan 1: Von Neumann topolojisinin ötesinde devre prototiplerini gerçekleştirin, mevcut malzemeleri ve entegrasyon teknolojilerini kullanın, devrim niteliğindeki işlevler oluşturmak için işlemcileri ve bellekleri entegre edin
Alt alan 2: Hızlandırıcıları von Neumann sistemindeki von Neumann olmayan yapılarla entegre etmek için yeni malzemelerin veya entegrasyon teknolojilerinin kullanılmasına izin verir ve hızlandırıcıların performans avantajları ölçülebilir
Teknik Alan 2 (TA2) Yeni bilgi işlem için işlevsel modülleri araştırın
Şekil 4 Yenilikçi topoloji devre prototipinin iki yolu
Üç boyutlu tek çipli sistemin (3DSoC) ve yeni hesaplama temel gereksinimlerinin (FRANC) iki araştırma yönünün amacı, uzun bellek okuma ve yazma verilerinin hesaplama hızını sınırlayan ana darboğazı çözmektir. 3DSoC, 3B dikey yapı perspektifindendir. Yeni malzemeler ve 3 boyutlu yapıların birleşimi yoluyla bu hedefe ulaşmaya çalışırken yola çıkın. FRANC projesi, "yeni bilgi işlem topolojileri" oluşturmak için "yeni malzemeler ve entegrasyon çözümleri" kullanır. Veri işlemeyi hızlandırmak için veri hareketini ortadan kaldırmak veya azaltmak için bellek içi hesaplama ve belleğe yakın hesaplama gibi yeni topolojik mekanizmaların benimsenmesi önerilir. Bu iki araştırma projesi aracılığıyla, DARPA'nın, yeni mimariler ve yeni topolojilerle birleştirilmiş yeni malzemeler aracılığıyla büyük verileri işleme yeteneğini geliştirmeyi ve yapay zeka ve süper hesaplama gibi son teknoloji alanlara katkıda bulunmayı umarak, entegre devrelerin ve cihazların entegrasyonunda malzemelerin oynadığı rolü vurguladığını keşfedebiliriz. Gelişimi için temel atın
3
Şekil 1 ERI planında elektronik devre tasarımı alanındaki araştırma içeriği
1. Elektronik Ekipmanın Akıllı Tasarımı (IDEA) projesi
Yazılım endüstrisi ile karşılaştırıldığında, bant çıkışa ek olarak, yonga endüstrisinin iki temel sorunu çözmesi gerekir: Birincisi, yerleşim tasarımıdır.Devre tasarımı tamamlandıktan sonra, GDS'nin yerleşim tasarımı yoluyla üretilmesi gerekir ve ikincisi, tasarımın yeniden kullanılması sorunudur. IDEA projesi, ilk anahtar konuya yanıt olarak doğdu. Şu anda, dijital devrelerin düzen üretimi oldukça otomatiktir, ancak analog ve karışık sinyal devreleri hala büyük ölçüde manuel düzene dayanmaktadır. IDEA projesinin araştırma amacı, "tasarım sürecine insansız müdahale" kabiliyetini gerçekleştirmektir.Karışık sinyal entegre devreler, çoklu entegre devre modülü paket içinde paket ve baskılı devre kartları gibi karmaşık elektronik teknolojilerin 24 saatlik tasarım çerçevesinde uzmanların tasarım yapmasına gerek yoktur. .
Şekil 2 Mevcut SOC, SIP, PCB tasarım süreci (solda) ve IDEA proje tasarım çerçevesi (sağda)
Şekil 3 IDEA projesinin iki ana teknik alanı
2. Üst düzey açık kaynaklı donanım (POSH) projesi
Şekil 4 Yazılım tasarımı ile donanım tasarımının karşılaştırılması
Şekil 4'te gösterildiği gibi, mevcut yazılım tasarımında, şekilde bahsedilen açık kaynaklı dağıtılmış NoSQL veritabanı sistemi Cassandra, açık kaynaklı sürekli entegrasyon aracı Jenkins, açık kaynaklı yazılım çerçevesi Thrift ve açık kaynaklı yazılım geliştirme çerçevesi PhP gibi birçok açık kaynaklı parça bulunmaktadır. Yazılımın açık kaynaklı doğası ile karşılaştırıldığında, mevcut SoC tasarım yöntemi, IC tasarımında daha fazla işbölümüne yol açtı ve IP tasarımı ve SoC sistem tasarımı ortaya çıktı. Çip tasarım şirketleri, Dökümhane satıcıları, profesyonel IP şirketleri, EDA satıcıları vb. Dahil olmak üzere IP tasarımına karşılık gelen birçok IP Satıcısı türü vardır. Sağladıkları IP çekirdekleri çipin temel bileşenleridir ve genellikle açık kaynak yerine büyük ticari değere sahiptirler. nın-nin.
Bir çip tasarım projesindeki en önemli görevlerden biri doğrulamadır çünkü çip başarısız olamaz (veya kusurlu olamaz). Çip donanımında çözülemeyen hatalar varsa, getirdiği hasar tek seferlik çekim maliyeti kadar azdır.En kötüsü, ürünün pazara sunulma süresini veya şirketin itibarını etkileyerek müşteri kaybına ve ölümcül bir darbe almasına neden olabilir. Çip projelerinin ve yazılım projelerinin toleransı temelde farklıdır.Bu özelliğe dayalı olarak, POSH projesi üç ana teknik hedef belirlemiştir: Teknik Hedef 1 (TA1): Donanım Güvencesi Teknolojisi, hızlı, etkili ve düşük maliyetli geliştirmeyi ifade eder Donanım doğrulama yöntemi, açık kaynaklı donanım üzerinde etkili kalite doğrulaması gerçekleştirir; Teknik Hedef 2 (TA2): Açık Kaynak Donanım Teknolojisi, tasarım yöntemlerinin, standartlarının ve temel IP bileşenlerinin geliştirilmesi yoluyla uygulanabilir bir açık kaynaklı SoC ekosisteminin oluşturulmasını ifade eder; Teknik Hedef 3 (TA3 ): Açık Kaynaklı Çip Üzerinde Sistem Gösterimi, en gelişmiş bir açık kaynaklı SoC tasarlayarak açık kaynaklı donanım uygulamasının uygulanabilirliğini doğrulamayı ifade eder.
Donanım açık kaynak, uzun zamandır tartışılan bir konu ... Son zamanlarda, Nvidia'nın açık kaynak DLA'sı daha fazla ilgi gördü. Açık kaynak yazılımın başarısının donanıma kopyalanıp kopyalanamayacağı sadece teknik zorluklarla değil, aynı zamanda ekolojik ve ekonomik faktörler gibi birçok kısıtlamayı da içeriyor ki bu büyük bir zorluk. Ancak her durumda, bilgi ve başarılarınızı, POSH, NVDLA ve diğer açık kaynaklı donanım projelerini paylaşabilmek çok değerlidir.
4
Şekil 1 ERI planındaki sistem mimarisi alanındaki araştırma içeriği
1. Belirli bir alanda çip üzerinde sistem (DSSoC) projesi
Etki Alanına Özgü kavramından artık daha fazla bahsediliyor ve herkes yavaş yavaş önemini görüyor. Günümüzde çip projeleri gittikçe daha karmaşık hale geliyor, yazılım oranı çok yüksek ve filme alma, Ar-Ge ve uygulama maliyetleri ve riskleri gittikçe artıyor. Yazılım ve donanım tasarımını dikey olarak entegre edebilen bir dizi yöntem ve araç, farklı ancak benzer uygulamalar arasında yeniden kullanımı en üst düzeye çıkarabilir, böylece tasarım verimliliğini artırabilir ve maliyetleri azaltabilir. DSSoC projesinin araştırma hedefi, genel amaçlı işlemciler, özel amaçlı işlemciler, donanım hızlandırıcılar, bellekler ve giriş / çıkış bileşenleri gibi birden çok çekirdekten oluşan heterojen bir çip üzerinde sistem geliştirmek ve ardından tek bir programlanabilir cihaz aracılığıyla çoklu uygulama sistemlerini gerçekleştirmektir. Hızlı gelişim.
Şekil 2 Programlanabilirlik ve yüksek performans açısından mevcut yongaların karşılaştırmalı analizi
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, DSSoC, yazılım ve donanımın dikey entegrasyonunda beş temel teknoloji önerir: (1) Akıllı Zamanlayıcı: Sisteme programlamaya ayrılmış bir işlemci ekleyerek ve her İşlemci Öğesinin (PE) Akıllı kaynak planlamasını gerçekleştirmek için kendi çalışma durumunu analiz edebilir ve raporlayabilir; (2) Yazılım: Yazılım araçları, derleyiciler ve hata ayıklayıcılar, algoritma kitaplıkları ve Etki Alanı uygulamaları ve örnekleri gibi geliştirme araçlarını içerir. Yazılım araçları, belirli bir alanda bilgi işlemin gerçekten uygulanıp uygulanamayacağının en önemli parçasıdır.Temel gereksinim, bu alandaki yeni tasarımları desteklemektir; (3) Alan ontolojisi: Alanın özelliklerini tanımlayın, farklı gruplar arasındaki ilişkiyi ve algoritmanın ayrıntılarını yansıtın Akıllı zamanlamayı ve projedeki diğer görevleri destekleyen özellikler açıklanmıştır; (4) Orta erişim kontrolü (MAC): MAC katmanı, fiziksel yapı, topoloji ve standart bir programlama arayüzü dahil olmak üzere PE'ler arasında veri yapılarının değiş tokuşu için bir ortamdır; ( 5) Donanım entegrasyonu: CPU, GPU, TPU, Nöromorfik Birim, DSP, donanım hızlandırıcı vb. Dahil olmak üzere heterojen SoC donanımı.
Şekil 3 DSSoC projesi tarafından önerilen yazılım ve donanım dikey entegrasyon yöntemi
2. Yazılım Tanımlı Donanım (SDH) Projesi
Yazılım tanımlı donanım projesinin araştırma amacı, ASIC geliştirmesi olmadan veri yoğun algoritmaların programlanabilirliğinden ödün vermeden ASIC benzeri performans elde edebilen çalışma zamanında yeniden yapılandırılabilir donanım ve yazılımlar oluşturmaktır. İlgili maliyetler, geliştirme süresi veya bireysel uygulama sınırlamaları. İşlemci tasarım sürecinde tartılması gereken faktörler arasında matematik / mantık kaynakları, bellek, adres hesaplama, veri okuma ve yazma ve iletim yer alır.En uygun donanım yapılandırması farklı algoritmalara göre değişir.Tek bir donanım yapılandırması tüm sorunları etkin bir şekilde çözemez. Donanım tasarımı düzeyi uzmanlık düzeyine ulaşmış olsa da, her algoritmanın bir çip tasarlaması gerekir, bu nedenle çip tasarımının maliyeti yüksektir ve genellikle yeniden programlanamaz. SDH projesi aracılığıyla, yazılım ve donanımın çalışma zamanı optimizasyonunun gerçekleştirilmesi ve ardından birden fazla uygulamayı gerçekleştirmek, yonga tasarımının maliyetinden tasarruf etmek ve donanımın yüksek seviyeli bir dille yeniden programlanabilirliğini gerçekleştirmek için tek bir yonga gerçekleştirilmesi umulmaktadır.
SDH programı, bir ASIC'den farklı olan genişletilebilir bir donanım / yazılım mimarisi oluşturarak, uygulamanın, çalışırken donanım yapılandırmasını değiştirmesine izin verir. SDH iki ana hedefe ulaşacaktır: (1) Giriş verileri değiştiğinde kodu ve donanımı dinamik olarak optimize edin; (2) Yeni sorunları çözmek ve yeni algoritmaları desteklemek için donanımı yeniden kullanabilecektir. Bu hedeflere ulaşmak için SDH, çok hızlı donanım yeniden yapılandırma hızlarına ve dinamik derlemeye odaklanır.
Şekil 4 SDH projesinin iki ana teknik alanı
Kaynak: SIMIT Strateji Araştırma Ofisi
