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颠覆思维定势,麻省理工系统架构教学的选择

上网日期: 2011年10月11日 ?? 作者: Clive (Max) Maxfield ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:FPGA? ASIC? 芯片设计?

作者:Clive (Max) Maxfield

总裁

Maxfield高科技咨询公司

max@CliveMaxfield.com

在麻省理工学院(MIT),一门硕士课程正在改变数字设计的教学方式。

我最近一次参加正式教育还要追溯到上世纪70年代末。当时为了获得控制工程学位,我需要完成的最后一个项目是一款数字控制器,它能在阴极射线管上显示彩色文本和(组合像素)大图形。整个设计采用廉价的74系列TTL芯片,每个芯片只包含一些简单的逻辑门或寄存器。

毫无疑问,我根本不可能对不同的架构逐一进行评估,来确定哪个架构效果最好。

与此形成鲜明对比的是,今天的芯片为设计人员提供了令人难以置信的逻辑功能和丰富的资源,能够解决各种问题。不过,设计规模的加大也带来了前所未有的复杂性,导致我们越来越难以控制成本,而且性能、功耗和面积方面的要求也越来越严格。

设计阶段早期所做的决策对最终芯片各个方面的影响最大。例如,业界分析师Gary Smith就估计说,产品成本的80%由开发周期的前1/4阶段所决定,这就意味着我们必须在开发过程的前期尽早挑选出最佳的硬件架构。

不过我们应该如何向工科学生讲解上述问题呢?对于电子工程的学习而言,学校需要在有限的时间内为学生安排大量的基础课程,因此,大学在架构方面的教学效果通常都无法达到当前实际要求的深度。现在,麻省理工学院的一门关于复杂数字设计的硕士课程正在试图改变这种局面。通过将FPGA(通过赛灵思大学计划获得)与真实的电子系统级(ESL)设计相结合,学生就能够以更高级的硬件抽象为基础进行架构选择,在几周之内就可以完成过去要花整个学年乃至更长时间才能完成的学习内容。

了解麻省理工的6.375课程

我最近听说麻省理工学院有个名为6.375的课程。该课程似乎正在改变数字设计的教学模式。具体而言,6.375课程的重点就是讲述如何通过架构设计来实现最佳设计。真正让我感兴趣的地方在于,这门课程只需要13周便可学完,在这期间,学生只有6周的时间用来设计、实现和验证其最终项目。而且这些项目的复杂程度极高,甚至会让那些具有多年实际经验的老工程师束手无策。那么学生们又是如何做到的呢?

我了解到:“6.375是一个项目导向型课程,讲授了一种设计具有数百万门的硬件的新方法,该方法综合采用了高级综合工具和标准商用EDA工具。该课程重点内容包括模块化和稳健型设计、可重用模块、构造的准确性、架构探索、满足面积和时序约束要求,以及开发功能性FPGA原型等。

听上去不错,但实际情况到底如何呢?为了进一步了解有关情况,我给Arvind教授打了个电话,他是麻省理工学院计算机科学与工程专业的教授,也是计算机科学与人工智能实验室的研究员。Arvind在大约7年前开设了6.375课程,并对该课程不断改进和完善。从我的了解来看,这真是一段传奇经历。

6.375课程开创之初,其重点是ASIC设计。不过当时面临一些问题,其中之一就是ASIC非常复杂,相关工具非常多,很难达到实际效果。此外,由于当时系里无法提供芯片,因此一切评估只能通过软件仿真来实现,而软件的速度又很慢,严重影响了测试的效果。或许,最重要的问题在于缺乏可以操作的物理芯片,因此使整个课程对学生的刺激程度无法达到Arvind的预期。

课程开设几年之后最终决定转向FPGA(课程在很大程度上忽视了FPGA的特殊属性,而是专注于简单的RTL设计),因为人们认为设计的物理实现更能激发学生的兴趣。还有一个重要考虑就是,软件仿真花费的时间太长,而全面测试当前的复杂项目要涉及大量的矢量处理工作,软件是难以胜任的。许多设计甚至在经过数千万次的矢量测试处理之后,都无法展现出令人感兴趣的效果或极端状况。

如今,这门综合了计算机科学和电子工程专业内容的课程,将ESL设计和验证环境与赛灵思专为大专院校而设计的高级FPGA开发系统完美结合在一起。


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