Записки CPU designer'a

Недавно прошла конференция, посвященная фреймворку Cocotb — инструменту для верификации аппаратного обеспечения на основе Python.

Особое внимание рекомендую обратить на доклад "cocotb 2.0: Modernize your testbenches for even more productivity", где подробно рассказано о нововведениях версии 2.0.

Особенно стоит изучить секцию, посвященную изменениям в типах значений (Value Type Changes), заменили класс BinaryValue! 😮
Версия Cocotb 2.0 будет частично несовместима с Cocotb 1.9, поэтому могут потребоваться изменения в существующих тестбенчах.

Записи докладов и презентации доступны на сайте конференции: Tessolve DVClub Europe October 2024.

Принес вам запись доклада Yungang Bao. заместителя директора Института технологий вычислительной техники Китайской академии наук.

В докладе рассказывается о open-source проекте XiangShan и инициативе One Student One Chip, которые мы с вами обсуждали ранее.

Ссылка на видео 🖥

Всем привет! Надолго пропадать не собираюсь и в ближайшие дни постараюсь вернуться с новыми постами.
Пока что хочу поделиться с вами моим профилем на hashnode.

Туда планирую публиковать будущие лонгриды, а сейчас на сайте можно найти мои старые заметки по Импортозамещению в ЕС и пост о том, почему NaN'ы решили боксировать.

Старожилы канала уже знакомы с этими заметками, а недавно присоединившиеся читатели могли их пропустить, поэтому исправляем ситуацию🙏

https://cpudesign.hashnode.dev/

В продолжение новостей о предложениях по покупке Intel предлагаю ознакомиться с этой статьей, которая содержит обзор перспектив покупки бизнеса Intel компанией Qualcomm. В статье представлен хороший анализ и интересные аргументы в пользу теории, что Qualcomm просто троллит конкурента, прекрасно зная, что реальная сделка невозможна и не нужна обоим компаниям.

Спасибо Алексею за то, что поделился статьей в комментариях к одному из постов.

TSMC’s executives found the idea so absurd that they took to calling Mr. Altman a “podcasting bro,” one of these people said. Adding just a few more chip-making plants, much less 36, was incredibly risky because of the money involved.

🗿🗿🗿

Вот это действительно интересная дискуссия, за которой стоит следить.
Пока Samsung Electronics и TSMC только рассматривают потенциальные места для строительства предприятий, Сэм Альтман просит сразу 36 заводов для производства AI-чипов нового поколения на сумму в 7 триллионов долларов, за что получил ёмкое прозвище от руководителей TSMC.

Оригинал статьи можно почитать в The New York Times.

Intel rejects Arm's approach for product division, Bloomberg News reports

Компания Arm Holdings обратилась к Intel с предложением о возможности приобретения продуктового подразделения компании, но получила ответ, что этот бизнес не продается, сообщило в четверг агентство Bloomberg News.

Прогревы продолжаются, но Intel стоически отвечает — не продаёмся🗿🗿🗿

Юрий Панчул опубликовал отличный пост о своей беседе с одним из авторов настольной книги для проектировщиков микросхем — "Цифровая схемотехника и архитектура компьютера", Дэвидом Харрисом (настольная книга, по крайней мере, в студенческое время).

Рекомендую ознакомиться с постом, вы найдете много интересной информации и полезных рекомендаций по профессиональной литературе.

Особое внимание в посте я обратил на процессор Wally, который поддерживает необходимые расширения для запуска Linux и будет использоваться в новой книге, о которой я писал ранее.

Чем может быть интересен этот проект? Создание Linux совместимого процессора с нуля, задача не из простых, а его верификация это отдельная головная боль.
Если вы студент или энтузиаст и находитесь в поисках того самого пет-проекта, где можно набить руку и гордо добавить об этом строчку в резюме, Wally, как по мне, интересный проект и достойный внимания проект.

Можно заглянуть в раздел issues и изучить открытые задачи. Например, обнаружена ошибка в блоке FPU: неверный расчет или округление младшего бита мантиссы.

Или тест прерывается из-за тайм-аута — почему бы не покопаться в исходниках и не разобраться, где и из-за чего происходит зависание?

Безусловно, это не простые задачи. Они требуют значительных временных затрат и глубокого погружения в программно-аппаратное проектирование.

Но разве это должно пугать? ☕️

Команда опытных инженеров из Intel покинула компанию и основала стартап AheadComputing.

Планы компании — разработка, верификация и лицензирование процессорных IP на базе архитектуры RISC-V.

В заметке необычно описана квалификация команды: совокупный опыт более 80 лет проектирования и верификации процессорных систем.

В число основателей входят Dr. Debbie Marr, Jonathan Pearce, Mark Dechene и Dr. Srikanth Srinivasan.

Debbie Marr была ведущим архитектором в Intel и участвовала в разработке и внедрении технологии Hyperthreading.

О создании стартапа объявили 18 июля, за несколько недель до падения акций Intel и объявления планов о массовых сокращениях в компании.

На фоне слухов о возможном поглощении Intel компанией Qualcomm (во что я хочу не верить) эта новость об утечке квалифицированных кадров явно усугубляет и без того сложное положение Intel.

Ссылка на сайт AheadComputing 🖥

Недавно наткнулся на интересную статью — The 10 Hottest Semiconductor Startups Of 2024

В этом списке оказалась и Tenstorrent, которую мы уже неоднократно обсуждали.

Подобные подборки интересны не только упоминанием известных компаний и персон, но и тем, что дают возможность узнать о новых продуктах, в которые инвесторы активно вкладываются.
Это позволяет лучше понять текущие тренды на рынке полупроводников и, возможно, найти перспективного работодателя.

Классное нововведение в open source расширении для VSCodium/VSCode - Teros HDL

В версии 6.0.4 добавлена полноценная поддержка Intel® Quartus® Prime Pro: теперь можно выполнять синтез и анализировать отчёты STA прямо в TerosHDL в среде VSCode.

Более подробную информацию о возможностях FPGA/ASIC toolbox'a можно найти в документации проекта.

Ждём-с

Qualcomm approached Intel about a takeover in recent days, WSJ reports

https://www.reuters.com/markets/deals/qualcomm-approached-intel-about-takeover-recent-days-wsj-reports-2024-09-20/

А что тут у нас?
Сегодня преодолели планку в 2000 подписчиков 🎉🎉🎉

Рад, что канал растет и очень приятно получать положительный фидбек от вас.

Думаю пора наконец-то добавить какой-то интерактив, а не только обещать сделать это 🌚.

Что думаете про создание дискорд-сервера для канала? Или отдельного закрытого чатика только для своих в телеграм?

Из плюсов дисокрода там устроена проще навигация по текстовым чатам, чем в комментариях к постам в телеграм и можно проводить локальные стримы в голосовых каналах.

Из активностей - можно разобрать задачку с КвикСиликона, например, или обсудить интересные вопросы выпускного экзамена с направления Digital Design and Computer Architecture от ETH, либо просто устроить q&a сессию, пообщаться, познакомиться, понетворкаться.
Сам я за последний вариант, потому что к остальным нужно готовиться🤪

Как вам варианты? Накидайте идей в комментариях☺️

Принес вам чтиво на выходные.

Последнее время слежу на LinkedIn за основателем QuickSilicon Rahul Behl, он периодически публикует классные статьи и заметки в своем профиле.

Rahul поделился статьей про техники проектирования предсказателя переходов.

В этой статье рассматриваются ключевые метрики, связанные с размером предсказателей, а также проводится сравнительный анализ эффективности различных архитектур предсказания, таких как ITTAGE и OGEHL.

Для всех, кто интересуется высокопроизводительными вычислительными системами и микроархитектурой процессоров, рекомендую ознакомиться — отличное погружение в тему оптимизации предсказания ветвлений.

Buen Finde! 🖥

Вернемся к новому чипу от RaspberryPi.
Особенности микроархитектуры RP2350.

Микроконтроллер RP2350 на базе ядра Cortex-M33 обладает интересными микроархитектурными решениями в области работы с числами с плавающей запятой.

Одной из особенностей является интеграция кастомного математического сопроцессора двойной точности (DCP), который обеспечивает ускорение операций с числами double, включая сложение, вычитание, умножение, деление и извлечение квадратного корня.

Вместо использования стандартного IP-блока FPU двойной точности от ARM, который занимает значительную площадь кристалла, разработчики RP2350 внедрили компактный сопроцессор, меньший по площади в сравнении с типовым IP-core для поддержки double precision операций. Данное решение позволяет существенно ускорить операции с числами double по сравнению с программной реализацией, при этом минимизируя затраты на аппаратные ресурсы.

Модель программирования для кастомного сопроцессора DCP в RP2350 существенно отличается от стандартного FPU от ARM. При использовании стандартного FPU операции с плавающей запятой выполняются с помощью стандартных ARM-инструкций, и компилятор автоматически генерирует эти инструкции на основе кода высокого уровня, что упрощает разработку. В случае с DCP, разработчикам необходимо использовать специальные последовательности инструкций сопроцессора, известные как "canned instruction sequences", для выполнения операций с числами двойной точности. Это требует более низкоуровневого подхода к программированию и прямого взаимодействия с сопроцессором, что отличается от автоматизированного использования стандартного FPU.

С DCP возможно работать только в ARM режиме, RISC-V ядра не поддерживают работу с кастомным DCP, что обусловлено особенностями микроархитектуры RP2350.

За компактность DCP приходиться платить. Любое решение это компромисс, в данном случае компромисс в вопросах поддержки стандарта ieee-754. В DCP все денормализованные числа обрабатываются как ноль, что негативно сказывается на точности вычислений.

Подробности об ограничениях компактного FPU можно найти в разделе 3.6.2.9 "IEEE 754 compliance" спецификации микроконтроллера RP2350.

Больше деталей про устройство DCP можно найти в разделе 3.6.2 Double-precision Coprocessor (DCP) спецификации на микроконтроллер RP2350.

Примеры кода для работы с DCP можно найти в github репозитории микроконтроллера: https://github.com/raspberrypi/pico-examples/tree/develop/dcp

Библиотека Canned instruction sequences: https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/develop/src/rp2_common/hardware_dcp/include/hardware/dcp_canned.inc.S

🖥

Продолжая тему китайских академических инициатив принес вам презентацию программы - One Student One Chip.

Инициатива "One Student One Chip" нацелена на то, чтобы каждый студент мог спроектировать и выпустить свой собственный процессор еще до окончания университета.
Особенность проекта в том, что студенты проходят весь путь разработки — от идеи до реализации системы на кристалле.
В рамках программы OSOC студенты не ограничиваются симуляцией или FPGA-прототипами, а создают полноценный чип, который проходит этап tape-out для дальнейшего тестирования и изучения.

Презентация о инициативе One Student One Chip: https://ysyx.oscc.cc/res/files/ysyx-en.pdf

Сайт программы One Student One Chip: https://ysyx.oscc.cc/en/

Помните проект Пекинского университета XiangShan?

Проект XiangShan, разработанный Пекинским университетом, представляет собой процессорный IP с открытым исходным кодом, написанный на языке Chisel. Впервые я писал об этом проекте ещё в 2021 году.

Спустя 3 года проект с академических конференций добрался до Hot Chips 2024.

В обзоре доклада можно узнать о последних нововведениях в XiangShan, ознакомиться с актуальной дорожной картой (roadmap) проекта, а также понять, почему в проекте используются две разные микроархитектуры ядра.

На сегодняшний день XiangShan ставит перед собой цель достичь уровня производительности Neoverse V2.

Больше информации можно найти в обзоре доклада - servethehome.

И чтобы не скучали, вот вам в догонку статья от 1996-го года с обзором микроархитектуры MIPS R10000.

Buen Finde! 🖥

На просторах LinkedIn наткнулся на интересный пейпер — "The Microarchitecture of Superscalar Processors"

В нем доступно и понятно описаны техники проектирования микроархитектуры суперскалярных процессоров, а также приведены реальные примеры суперскалярных процессоров, таких как MIPS R10000, DEC Alpha 21164 и AMD K5. Несмотря на то что статья была опубликована в 1995 году, она все еще актуальна, поскольку многие принципы и подходы, описанные в ней, продолжают применяться в современных процессорах.

Статья отлично подойдет новичкам и энтузиастам в области проектирования процессорных систем.

Помните план США и TSMC по строительству завода в Аризоне?

В одном из чатов по ПЛИСам наткнулся на крутую статью "TSMC’s debacle in the American desert" от 23-го апреля.

Крайне рекомендую ознакомиться.

В статье описываются трудности, с которыми столкнулись американские инженеры во время стажировки на тайваньском заводе Fab 18, где они пытались адаптироваться к местной рабочей культуре.

В частности, они столкнулись с проблемами, вызванными языковым барьером и различиями в подходах к работе: тайваньские инженеры привыкли работать по 12 часов в день, тогда как их американские коллеги предпочитали более сбалансированный рабочий график.

Кроме того американские сотрудники столкнулись с серьёзными проблемами из-за языковых барьеров. Почти всё общение на заводе, включая обучение и собрания, велось на тайваньском или китайском языках, что затрудняло понимание задач.
В теории, будущие тайваньские сотрудники Аризонского завода должны были помогать американским коллегам с переводом, но на практике у многих не хватало времени или опыта для этого.
В результате американские инженеры были вынуждены полагаться на Google Translate и программы для распознавания рукописного текста, которые часто давали неудовлетворительные результаты.

Другим аспектом культурных различий стало то, что некоторые тайваньские инженеры держали на своих рабочих столах календари с изображениями моделей в бикини и обменивались эротическими мемами в рабочих чатах. Это вызвало недовольство среди американских сотрудников, которые считали такие материалы неуместными и просили коллег их убрать.

Как итог — некоторые американские инженеры начали искать новые карьерные предложения в компаниях с менее жесткими требованиями и лучшими карьерными перспективами. В статье также упоминается, что один инженер, работавший как в Intel, так и в TSMC, рассказал, что его тайваньские коллеги интересовались вакансиями в Intel, где они надеялись на лучший баланс между работой и личной жизнью.

Новая книга от авторов «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера»

На сайте издательства Elsevier появилась страничка книги RISC-V Microprocessor System-On-Chip Design.
В авторах указаны хорошо знакомые нам Харрис и Харрис.
Кстати, знали ли вы, что они не муж и жена, а просто однофамильцы?

На данный момент книга не имеет цены и возможности предзаказа, но уже сейчас можно ознакомиться с оглавлением во вкладке «Table Of Contents».