בעזרת טכנולוגיות וירטואליזציה נוכל להפחית עוד יותר את עלויות התכנון ולהחזיר לחיים הן את תעשיית הפאבלס והן את תעשיית ה-ASIC. בענף השבבים הדוהר קדימה, והמונע על ידי פעימות הלב של חוק מור
| גארי סמית' בכנס צ'יפקס שנערך במאי בת"א |
מעט הסטוריה
ניתן לעקוב אחר התפיסה של תכנון SoC עוד מהמאמרים של דאג פיירבריין במגזין למדה בתחילת שנות השמונים. הרעיון היה שבעתיד כולנו נצטרך לעבור לתכנוני מאקרו או בלוקים כדרך לספק ICs בעלי מספר גדול יותר ויותר של שערים. באמצע שנות התשעים פיתח אלברטו סניובאני ויצננטלי מברקלי את התפיסה באמצעות קידום תכנון מבוסס פלטפורמות.
בערך באותו זמן הוסיפה סמאטק (Sematech) ספקי שבבים בינלאומיים למה שנקרא מחדש renamed the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). הם גם יצרו TWIG של תכנונים, שהכיר בכך שהתכנון הפך להיות מחסום להמשכיות המסע של התעשיה סביב עקומת חוק מור. כחלק מה-TWIG נטלתי על עצמי את האחריות להכנת תרשים עלויות התכנון של ה-ITRS שפורסם בכל שנתיים מאז 1997.
גרף העלויות של ה-ITRS
בתחילתו עקב גרף אחר עלויות התכנון של SoC מהקצה העליון ואחר המתודולוגיות או כלי התכנון המתקדמים ביותר שהמשיכו לאפשר לנו לעקוב אחר חוק מור. הטרמינולוגיה בה השתמשו ב-ITRS היא זו של לבנים אדומות ולבנים צהובות. לבנים צהובות מתארות טכנולוגיות הדורשות פיתוח ואילו לבנים אדומות מתארות טכנולוגיות שעדיין זקוקות למחקר. בעשור זה נהיה ברור שאנו חייבים גם לעקוב אחר עלויות פיתוח התוכנה הנדרשות כדי לרוץ על SoC. מצ"ב גרף העלויות של 2007
Figure 1
ITRS Cost Chart with Metodology/Design Tool Improvments
ITRS/Gary Smith EDA December 2007
כפי שניתן לראות, עשינו עבודה מרשימה של שמירת עלויות סבירות לתכנון החומרה . הבעיה היתה עלויות התוכנה.
מה השתבש?
למעשה שני דברים התרחשו. דבר ראשון והכי חשוב היה שלאף אחד לא היה באמת רעיון אודות השפעת פיתוח התוכנה על תכנון ה- SoC. כעת אנחנו מתחילים להבין את בעיית התוכנה, אך עוד דרך ארוכה לפנינו. אחת המתודולוגיות שפיתחנו היתה להשתמש במאיצים. הדבר הגיע בערך באותו זמן בו התחיל פיתוח הטלפונים הסלוארים של הדור השלישי. במילים פשוטות, מאיץ היא התקנת חומרה של מודולות תוכנה. בתחילה נעשה הדבר לצורך חסכון באנרגיה ואולם הוכח כי יש לו גם השפעה חיובית על זמן התכנון ועל אימות התכנון.
הבעיה השניה היתה IP. כל תסריטי הבלוק/מאקרו/IP צפו כי 80-90% מה- SoC יהיו ניתנים לשימוש חוזר. הדבר דרש רק 10-20% של מאמצי תכנון חדשים. מרבית המומחים החשיבו את ה-10% ככל מה שאנחנו צריכים לעשות מרגע שהגענו לסף מאה מיליון השערים ב- SoC. עדיין הדבר מספק מרווח לתכנון פרטני של ה- SoC כדי לצבור יתרון תחרותי. הדבר לא התרחש. הגענו לשימוש חוזר של 70% ואז העקומה התיישרה. עדיין השימוש של בלוקים/מאקרו/IP היא הגורם הגדול ביותר בהשגי היעילות שלנו בתכנון.
הבעיה עם ה-IP
מה שמצאנו היה שהבלוקים הפכו גדולים ביותר והסבירות שהלקוח יידרש להתאמה אישית של הבלוקים גדלה. למעשה ברגע שהגענו לבלוקים גדולים מאוד בעלי מיליון שערים ויותר, שילבנו למעשה תת מערכות בתוך ה- SoC. בנקודה זו ה-IP הניתן לשינוי הפך דומיננטי. הדבר גרם להגדלת העלויות וזמן תכנון ה- SoC לנקודה בה רק ספקי שבבים גדולים יכלו להשתתף בשוק ה- SoC.
מימון חברות הזנק בתחום השבבים צנח וכרגיל החלו תחזיות לפיהן "השמים נופלים" מצד חברות הפאבלס. אף אחד מהדברים הללו אינו חדש. מפת הדרכים של טכנולוגית השבבים אותגרה מאז טכנולוגית 3 מיקרון. הבכי של חברות שטענו שלא נוכל לעולם להצליח בכך היה כבד. החדשות הטובות הן שהצלחנו מזמן להתגבר על כל אתגר. החדשות הטובות באמת היא שעד כה הצליחו חלק מחברות השבבים להוביל את הדרך למעבר מוצלח דרך כל הנקודות הקריטיות והפכו למובילות בענף. ד דוגמא טובה לכך היא חברת NVIDIA .
תקיפת בעיית עשרת האחוזים וה-IP הניתן להתאמה באמצעות וירטואליזציה
היום אנחנו מסתכלים על וירטואליזציה כדרך להוריד את עלויות התכנון. ישנם שני סוגים של וירטואליזציה שאנו צופים שימוש בהם. הסוג האחד הוא אב טיפוס וירטואלי של סיליקון (SVP- Silicon Virtual Prototype). דבר זה נמצא תחת פיתוח בחברות כגון קיידנס ואטרנטה. ברגע שה-SVP יהיה משוכלל דיו נוכל לבצע RTL hand-off. הדבר יחתוך את עלויות תכנון החומרה באמצעות מתן אפשרות ללכת למודל ה-ASIC שהיה כה יעיל במהלך שנות השמונים.
הצורה השניה של וירטואליזציה היא אב טיפוס וירטואלי בתוכנה Software Virtual Prototype (SoVP).. אף כי זוהי תפיסה חדשה יותר היא נמצאת בשלבי פיתוח ראשוניים יותר מאשר ה-SVP בשל העלויות המרקיעות שחקים של פיתוח התוכנה. זכרו כי תרשים עלויות ה-ITRS לוקח בחשבון את כל עלויות פיתוח התוכנה. כמה יישומים כגון טלוויזיות בחדות גבוהה ונגני MPE אינם דורשים פיתוח קודי אפליקציות כך שעלויות התוכנה הרבה יותר נמוכות. עדיין העלויות של קודי קושחה (firmware) ותווכה (middleware) חשובות בשל המרווחים המצומצמים שהשוק הצרכני מאפשר.
Software Virtual Prototype (SoVP)
שלוש חברות הן החלוצות המסחריות של הטכנולוגיה: וירטיו, ואסט ו-וירטוטק. וירטיו נרכשה בידי סינפוסיס לפני מספר שנים. ואולם כמו תמיד במקרים כאלה של נקודות משבר, מרבית העבודה נעשית בתוך חברות השבבים עצמן. אחת החברות שכבר התקדמה היא חברת מארסיי נטוורקס (Marseille Networks). הם המובילים בתחום כיום. לפיכך מהם היכולות שאנו צופים עבור ה-? SoVP
ראשית, מדובר בפלטפורמה לפיתוח תוכנה. במקום לחכות עד שה- SoC יהיה ניתן לייצור אנו יכולים להתחיל את פיתוח התוכנה מיד לאחר הגדרת המוצר הראשונית. הדבר חוסך בממוצע 14 חודשים במעגל תכנון ה- SoC. היכולת שמשכללת חברת מרסיי נטוורק היא היכולת לקחת את המוצר הראשוני בצורה וירטואלית ללקוח ולהשלים את שלב הגדרת המוצר באמצעות שימוש במאיצי חומרה ותוכנה לסירוגין כדי להפחית את צריכת האנרגיה ואת עלויות המערכת הסופית. הדבר גם מאפשר להוסיף ולגלות תכונות שניתן לעשות באותה צריכת אנרגיה ובאותה נקודת מחיר. בדרך זו אננו מסוגלים להגדיר SoC באמצעות שיעור מינימאלי של התאמה ולהתמודד עם בעיית עשרת האחוזים וכן להשלים את שלב ה-IP הניתן להתאמה כבר בהתחלת פיתוח המוצר ולקצר את מחזור התכנון.
לסיכום
בעזרת טכנולוגיות וירטואליזציה נוכל להפחית עוד יותר את עלויות התכנון כפי שהן חזוית כעת ב-ITRS ולהחזיר לחיים הן את תעשיית הפאבלס והן את תעשיית ה-ASIC. בענף השבבים הדוהר קדימה, והמונע על ידי פעימת הלב של חוק מור, השמים נראים לפעמים כאילו הם נופלים. ואולם בסיוע העבודה הטובה של המהנדסים ב- ITRS TWIGS השמים טרם נפלו. והייתי אומר שבסוף כל מחזור ITRS "זה נראה כאילו אנחנו בסדר לפחות לחמש השנים הבאות".
Appendix 1
Productivity Improvements
| {loadposition content-related} |
