Як зробити на фабриці свій чіп і скільки це буде коштувати (відеорепортаж з конференції з проектування електроніки в Сан-Франциско)

Яким чином російський студент може не просто спроектувати мікросхему, але і отримати її в свої руки з фабрики? Адже початковий внесок за фабричне виробництво мікросхем для комерційних цілей як правило перевищує мільйон доларів? На щастя, такий шлях існує за набагато менші гроші — через організацію, яка називається Europractice. Я записав відео інтерв'ю з її директором Carl Das.

А якщо студент виросте і захоче завалити спроектованими його компанією мікросхемами всі континенти, але не знає з чого почати? І на це у мене є відповідь — я також записав відео інтерв'ю з Mark Scrivener, директором eSilicon's Semiconductor Manufacturing Services. Ми з Марком разом розрахували за пунктами витрати і собівартість умовного російського чіпа, який буде проводиться у великих обсягах в 2016-2020 роках.

Ці і інші відео я записав на конференції Design Automation Conference (DAC), яка пройшла минулого тижня в Сан-Франциско. Конференція DAC фокусується на індустрії Electronic Design Automation (EDA), яка обслуговує проектувальників мікросхем. Серед людей, яких я проинтервьировал минулого тижня — гуру мови опису апаратури Verilog Джон Сангвинетти, керівники компаній, які розробляють програмні інструменти для розробників мікросхем, розробники плат з ПЛІС, один із засновників зеленоградською компанії з проектування мікросхем ЕЛВІС Олександр Галицький та інші фахівці і бізнесмени.

dac_20150608_191252.jpgdac_20150608_124050.jpgdac_20150608_124532.jpg

Отже:

Спочатку відео інтерв'ю з Carl Das, який є Director ASIC Services at IMEC, який відповідає за Emerging Business Program з TSMC і за Europractice IC Service. Расшифровываю, що це означає:

ASIC — Application-specific integrated circuit, спеціалізована мікросхема, наприклад яка стоїть в айфоні.

IMEC — Interuniversity Microelectronics Centre — міжуніверситетський центр досліджень в області мікроелектроніки, в якому працюють близько 2000 чоловік. Розташований у Бельгії і Нідерландах, з офісами в інших країнах.

Emerging Business Program — коли нової компанії потрібно спробувати випустити мікросхеми малим тиражем.

TSMC — Taiwan Semiconductor Manufacturing Company — найбільший контрактний виробник мікросхем в світі

Europractice IC Service — спеціальний сервіс обслуговування університетів, який за порівняно невеликі гроші (тисячі євро замість сотень тисяч) надає доступ до легально ліцензованого програмного забезпечення для розробки мікросхем, а також, знову за порівняно невеликі гроші (десятки тисяч євро замість мільйонів) до виробництва мікросхем на фабриці.



А тепер відео інтерв'ю з Mark Scrivener, Director SMS Sales, eSilicon

SMS — це Semiconductor Manufacturing Services — сервіси по виробництву напівпровідникових виробів

eSilicon — компанія, яка на початку XXI століття стала піонером нової моделі бізнесу — сервіси з різним фізичним аспектам проектування мікросхем, інтеграція з блоками від різних проектувальників і взаємодія з фабриками. Ця компанія стала знамениту пустинь після того, як вони зробили ASIC для iPad.

Коротше, якщо ви спроектували на логічному рівні новий мікропроцесор або DSP, отверифицировали його функціональність на симуляторі, визначили що він вписується в бюджет таймінгу після синтезу і при цьому ви не хочете возитися з фізичними аспектами проектування мікросхеми (place & route, parasitics extraction, design rule check), а також якщо вам хочеться мінімізувати розгляд з юристами в інших країнах, як ліцензувати різні IP блоки, і якщо ви не дуже любите спілкування з фабриками на Тайвані або в Дрездені безпосередньо — то eSilicon для вас.

На відео Марк демонструє, як будь-який російський школяр може зареєструватися на сайті і ввести параметри чіпа, який він збирається зробити ( на скільки нанометрів, якого розміру, є на ньому SRAM і аналогова частина ), який тестер на фабриці використовувати і час тестування, а також плани по випуску в різні роки — 100,000 в перший рік, 500,000 у другий і т. д.

Після цього вебсайт подумає і згенерує PDF файл на багато сторінок, де детально розписуються всі витрати і собівартість чіпа. Зокрема ви можете прикинути собівартості, з якими можна провести деякі гіпотетичні майбутні російські чіпи.

І найцікавіше — цей PDF файл є legally binding quote, тобто якщо у школяра, играющегося з сайтом, знайдеться пара мільйонів доларів кишенькових грошей на початковий внесок і бажання зробити чіп, то eSilicon має юридичне зобов'язання надати йому таку можливість за опублікованою ціною:

www.esilicon.com/asic-design-services/star-online-tools/gdsii-quoting-portal



Аналогом Europractice в США є MOSIS, а конкурентом eSilicon є зокрема Open-Silicon.




Поки ми обговорили кульмінацію мікроелектронного проекту — виготовлення мікросхеми на фабриці. Але як такий проект починається?

В останні 25 років дизайн мікросхеми найчастіше пишеться на мові опису апаратури Verilog (в Європі і у військових — VHDL), після чого спеціальна програма (logic synthesis) перетворює дизайн в граф з проводів і логічних примітивів, інша програма (static timing analysis) повідомляє дизайнеру, вписується він в бюджет швидкості, а третя програма (place-and-route) розкладає цей дизайн на майданчику мікросхеми.

Коли дизайн проходить всі етапи: кодування на верилоге, налагодження, верифікація, синтез, static timing analysis, floorplanning, place-n-route, parasitics extraction і т. д. — виходить файл під назвою GDSII, який відправляють на фабрику, і фабрика випікає мікросхеми. Найвідоміші фабрики цього типу належать компанії Taiwan Semiconductor Manufacturing Company або TSMC.

Я проинтервьировал людини, який є для мови Verilog приблизно тим же, ким є для мови Сі Керниган і Річі. Джон Сангвинетти — ранній гуру верилога з часів 1980-х, засновник компанії Chronologic Simulation, яка подарувала світові швидкий симулятор верилога VCS (Verilog Compiled code Simulator), який зараз використовує більшість розробників великих чіпів. Джон привітав російських молодих людей, які вивчають Verilog і висловив кілька думок про высокоуровневом синтезі і його застосовності до розробки out-of-order процесорів:



Застосуємо високорівневий синтез до розробки out-of-order процесорів?



Для тих читачів, хто не в курсі, як виглядає Verilog, наводжу один з примерчиков, які я написав для студентів, разом зі схемою, в яку він транслюється («синтезується»):

module pow_5_implementation_3
(
input clock,
input reset_n,
input run,
input [17:0] n,
output ready,
output [17:0] n_pow_5
);

reg [4:0] shift;

завжди @(posedge clock або negedge reset_n)
if (! reset_n)
shift <= 0;
else if (run)
shift <= 5'b10000;
else
shift <= shift >> 1;

assign ready = shift [0];

reg [17:0] r_n, mul;

завжди @(posedge clock)
if (run)
begin
r_n <= n;
mul <= n;
end
else
begin
mul <= mul * r_n;
end

assign n_pow_5 = mul;

endmodule



На конференції продавали книжки по верилогу:



А ось стенд компанії Doulos Training яка за гроші навчає інженерів різних компаній мов Verilog та VHDL, верифікації та пов'язаним технологій. У цієї компанії є кілька конкурентів, зокрема Willamette HDL і Sutherland HDL:






Також я зустрів начальників відділення верифікації в Synopsys, ця група зараз підтримує симулятор верилога СКВ.
Голова відділення — Manoj Gandhi (ліворуч), Executive Vice President and General Manager, Verification Group, а праворуч — Jayant Nagda, він був менеджером реалізації SystemVerilog в VCS на початку 2000-х:



У Synopsys був великий стенд на виставці, це одна з трійці великих компаній індустрії програмних засобів розробки електроніки, два інших члена трійці — це Cadence і Mentor Graphics:



Cadence — компанія №2 в EDA. У грудні минулого року вони проводили семінари в Москві, точніше в МІФІ:



На стенді Cadence демонстрували новий тул для синтезу під назвою Cadence Genus — мабуть конкурент Synopsys Design Compiler — основного тула для логічного синтезу, що використовується розробниками ASIC-ів:



Mentor Graphics — компанія №3 в EDA. Ще у 1996 році я прилаштував одну групу в МФТІ робити проекти для Mentor Graphics прямо з Долгопрудного:



Крім трьох великих компаній в індустрії EDA є гравці поменше, які експлуатують свої ніші. Одним з таких гравців є компанія SILVACO, яка розробляє програми для фізичної частині розробки ASIC — моделювання на фізичному рівні, перевірки правил дизайну, знаходження всяких паразитних ефектів на нанорівні. (Цей етап настає після розробки дизайну на логічному рівні). У SILVACO працює кілька росіян, зокрема Олексій Жариков (на відео внизу зліва) і Гаяр Усманов (праворуч).

Ми поговорили на наступні теми:

1. Можна влаштувати в Росії стартапи у сфері фізичної частині розробки мікросхем?
2. Що відбувається в Білорусі (завод Інтеграл як постачальник кадрів для EDA індустрії).
3. Сприяє наявність локального фаба виникнення EDA компаній?



Після чого я поговорив з начальником компанії (голова ради директорів) Iliya Pesic, SILVACO Chairman of the Board, він сказав мені, що вони розширюються в Східну Європу і щільно працюють з фабриками, від яких отримують PDK (Process Design Kit — інформація, необхідна програмним засобам розробки для підтримки виробництва на даній фабриці):






Я беру участь у конференціях DAC c 1996 року і помічаю, коли ті чи інші теми стають модними. Поточна мода — підвищений інтерес до тематики ПЛІС / FPGA. Причому ця тематика популярна в цьому році не тільки на DAC, але і серед нетехнічних ЗМІ — у зв'язку з купівлею Интелом компанії по розробці FPGA під назвою Altera. За $16.7 мільярдів доларів!

Коли в березні інтернетом пішли чутки про угоду Intel-Altera, багато журналістів просто не зрозуміли, чим займається компанія, за яку Інтел вирішив сплатити такі шалені гроші. Один домыслил, що Альтера нібито «головний конкурент интела по процесорам» (при тому, що альтеровские FPGA — це взагалі не процесори, хоча процесор може стояти поруч з reconfigurable gates), інший — що Альтера нібито «виробник телекомунікаційного обладнання» (ніякого телекомунікаційного обладнання Альтера не виробляє), третій — що Альтера нібито «контрактний виробник мікросхем» аки TSMC (при тому, що у Альтери взагалі немає своїх фабрик).

Що таке ПЛІС / FPGA я на пальцях пояснив в іншому пості на Хабре — Як почати розробляти залізо, використовуючи ПЛІС — покрокова інструкція. Але повторимо цю інформацію знову:

У найпростішому варіанті FPGA складається з матриці однорідних осередків, функцію кожної з яких можна поміняти за допомогою мультиплексорів, приєднаних до бітам конфігураційної пам'яті. Одна комірка може стати гейтом AND із чотирма вводами і одним висновком, інша — однобитным регістром і т. д. Завантажуємо в конфігураційну пам'ять послідовність бітів із пам'яті — та в FPGA утворюється задана електронна схема, яка може бути процесором, контролер дисплея і т. д. Внизу — схема найпростішого блоку FPGA, в який входить look-up table (LUT) і flip-flopю Правда в цій схемі не показані мультиплексори, які змінюють функцію комірки, і з'єднання з конфігураційної пам'яттю.



Діаграми, що ілюструють структуру FPGA:



І ще одна:



У своїх попередніх постах про ПЛІС-и (1, 2) я писав про студентські FPGA платах за $80-$150-$300, а тепер подивимося на виробників «дорослих» плат вартістю від $5,000 до $50,000 і вище, з швидкими і великими Xilinx Virtex-7 FPGA. Ці плати використовуються розробниками ASIC-ів для прототипування:

Компанія з Німеччини proFPGA:



Компанія з південної Каліфорнії Dini Group:



Компанія з північної Каліфорнії S2C:






Але великі FPGA плати для мене не в новинку — ще в XX столітті я брав участь у конференції FCCM (IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines) до Винної Країні (Wine Country), на якій третина народу були університетські дослідники, третина — проиводители великих FPGA плат і третина — товариші з армії і ЦРУ, які використовували ці плати для своїх секретних потреб (розшифрування, обробка сигналів і т. д. — див. ieeexplore.ieee.org/xpl/mostRecentIssue.jsp?punumber=5734&filter%3DAND%28p_IS_Number%3A15334%29&pageNumber=3

А от що було для мене в новинку в цьому році — це велика кількість нових компаній, які продають у вигляді інтелектуальної власності (semiconductor IP), дизайн блоків з комірок FPGA, які можна помістити на ASIC. Ось одна така компанія з Франції, Menta:



Ось ще одна, flexlogix з Silicon Valley:



І ще одна — французька ADICSYS, у засновника якої, Peer Schmitt, я взяв відео-інтерв'ю, навіщо все це потрібно. Виявляється, одна з причин використання FPGA на ASIC-е — (!) розробник мікросхеми міг приховати саму секретну частину схеми від фабрики (!) Типу 95% мікросхеми несекретно, а засекречена state machine прошивається вже після виробництва, коли тепленька мікросхема повертається з Тайваню в Зеленоград:






Потім я зустрів групу дефілюють росіян, в тому числі Влада і Олену Потаниных, засновників компанії Viveng, яка займається сервісами до аналоговому та mixed-signal (цифровому і аналоговому) дизайну. Компанія знаходиться в Silicon Valley, до неї Потанины працювали в Texas Instruments, National Semiconductor, Zilog, на Ангстреме, вчилися в МІФІ і МИЭТ-е.

До Потаніним примкнув фахівець про флеш-пам'яті Олександр Котов з компанії Silicon Storage Technologies, яку кілька років тому купив виробник мікроконтролерів Microchip Technology. «О, ще один російський микрочиповец!» — вигукнув я, бо микрочиповцы мені добре знайомі, я навіть робив доповідь на їх конференції в Санкт-Петербурзі.

Поговорили про переклад підручника Харріс & Харріс на російську, який поширюється безкоштовно і про долі Росії.



І трохи про актуальність аналогового дизайну — як взагалі, так і для Росії зокрема:



А ось ще один російський проект на DAC-е — спроектована в Росії плата Black Swift на стенді Imagination Technologies. Сама плата маленька чорна, вона стоїть на великій демонстраційної:






Ще я зустрів Фуміко Сузукі, консультантка з японської електронного ринку, якою знову ж таки поділився про переклад підручника Харріс & Харріс на російську, який поширюється безкоштовно. я Також розповів, що Х&Х був переведений і на японський і згадав про критиків, які запевняють, що росіяни нібито повинні читати такі підручники тільки англійською.

Реакція Фуміко на питання, правильно перекладати Харріс & Харріс: «Звичайно, звичайно. Коли ви читаєте на своїй мові, ви вивчаєте більше. Коли ви звикнете, ви можете читати і англійською, але в будь-якому випадку — відмінна книга.»



Китаянка Манні Райт, інженерний менеджер додатків, теж вважає що тексти на складні теми молодим студентам може бути краще читати по китайськи (Харріс & Харріс також переведений на китайський):



А ось думка Лінка Джепсон, народженого в США американця, який з спортивного інтересу вивчив російську мову і прожив півтора року в Зеленограді життям російського інженера. Лінк — інженер з верифікації (SystemVerilog, UVM) чіпа, який робить ray-tracing для генерації реалістичних тривимірних зображень:

По російськи: «головне — робіть круті чіпи, щось корисне [а мова — вторинний]»:



По англійськи про Harris & Harris:








Але Лінку я, на відміну від всіх перерахованих товаришів, зустрів не на DAC-е, а на конференції під назвою SVOD (Silicon Valley Open Doors), яка проходила одночасно з конференцією DAC, але не в Сан-Франциско, а в 60 кілометрах південніше, в Музеї Історії Комп'ютерів в Маунтін-В'ю. Як можна здогадатися з назви («Свод»), це конференція, яка зводить російських стартапщиков та американських інвесторів.

Я зайшов на SVOD, щоб навмання відловити кого-небудь, хто має відношення до російської електроніці, і заодно подивитися на ділових російських дівчат, які як правило тусуються на таких конференціях. Дівчата знайшлися відразу в особі Ганни Дегтерева, одного з організаторів UTGEM'14, українській конференції хайтека, яку я описав у panchul.livejournal.com/390486.html.

Анна підтвердила моє спостереження, що в цьому році народові на Звід приїхало значно більше, ніж у минулому році:



Досить швидко знайшлися і люди з російської електроніки, в особі Олександра Галицького, людини з такою біографією: МИЭТ, МФТІ, Зеленоград, ЕЛАС, бортовий комп'ютер космічної станції «Салют», угоду з Sun Microsystems, участь у заснуванні НВО ЕЛВІС і компанії ЕЛВІС-ПЛЮС, венчурний фонд Almaz Capital.

Я запитав думку Олександра Галицького з наступних питань:

1. Чому кооперація між Imagination Technologies і групою компаній ЕЛВІС є значущою? Imagination Technologies найбільше відома як розробник графічного процесора PowerVR всередині Apple iPhone, а також ліцензіат процесорних ядер архітектури MIPS. Група компаній ЕЛВІС відома як розробник космічної мікроелектроніки і «розумних камер», які використовуються зокрема для забезпечення безпеки аеропорту Шереметьєво.

2. Як покращити освіту молодих російських інженерів в області мікроелектроніки?

3. Як можна використовувати російські фабрики Мікрон і Ангстрем в Зеленограді?

4. Як вивести мікросхеми, спроектовані в Росії, на світовий ринок?

Які частини поста викликали у вас інтерес?

/>
/>


<input type=«checkbox» id=«vv67485»
class=«checkbox js-field-data»
name=«variant[]»
value=«67485» />
Про напівпровідникове виробництво
<input type=«checkbox» id=«vv67487»
class=«checkbox js-field-data»
name=«variant[]»
value=«67487» />
Про Verilog
<input type=«checkbox» id=«vv67489»
class=«checkbox js-field-data»
name=«variant[]»
value=«67489» />
Про EDA компанії
<input type=«checkbox» id=«vv67491»
class=«checkbox js-field-data»
name=«variant[]»
value=«67491» />
Про FPGA
<input type=«checkbox» id=«vv67493»
class=«checkbox js-field-data»
name=«variant[]»
value=«67493» />
Про росіян на DAC
<input type=«checkbox» id=«vv67495»
class=«checkbox js-field-data»
name=«variant[]»
value=«67495» />
Про підручник Harris & Harris
<input type=«checkbox» id=«vv67497»
class=«checkbox js-field-data»
name=«variant[]»
value=«67497» />
Про SVOD

Проголосувало 27 осіб. Утрималося 13 осіб.


Тільки зареєстровані користувачі можуть брати участь в опитуванні. Увійдіть, будь ласка.


Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.