Сегодня в МИФИ студенты различных образовательных программ могут дополнительно освоить профессиональные навыки верификаторов микроэлектронной компонентной базы. О том, почему это важно и как в МИФИ этому учат, мы беседуем с заведующей лабораторией и старшим преподавателем кафедры микроэлектроники НИЯУ МИФИ Юлией Шалтаевой.
Юлия Шалтаева и участник лаборатории Yadro
— Юлия Ринатовна, в связи с чем возникла необходимость в появлении этого нового учебного трека?
— Современные микросхемы производят уже не так, как раньше. На каждом кристалле присутствуют миллионы транзисторов и электрических блоков, и протестировать их напрямую на физическом уровне уже невозможно. Это связано с так называемой «сингулярностью» в разработке электроники — когда сложность систем превышает возможности прямого контроля. Однако производителям, которые вкладывают в разработку одного кристалла от нескольких месяцев до нескольких лет, крайне важно получить на выходе рабочее устройство, а не «камень» — так называют бракованные кристаллы. Поэтому работа будущей микросхемы моделируется на основе электрической схемы, которая описывает топологию изделия на разных уровнях абстракции. На каждом из этих уровней проводится верификация — тестирование на отказы, сбоеустойчивость, временные параметры и другие критерии. На уровне топологии также проверяются длины соединений между элементами.
— А что служит рабочими моделями будущих кристаллов?
— Тестирование выполняется как с помощью программного моделирования на вычислительных серверах, так и на специализированных тестовых структурах — программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). Их можно использовать для отладки и эмуляции работы будущего устройства. Упрощённо ПЛИС можно представить как решётку из вычислительных модулей (сумматоров, умножителей и т.д.), соединения между которыми программируются. Загружая в ПЛИС специальный прошивочный код, мы можем тестировать на ней алгоритмы работы реального изделия. По производительности такая эмуляция уступает готовому кристаллу, но позволяет на ранних этапах оценить работоспособность, тепловыделение и другие критические параметры. И только после этого производится сам кристалл, который, кстати, тоже нуждается в тестировании.
— Нужны те, кто мог бы запрограммировать ПЛИС?
— Весь этот цикл верификации должны обеспечивать специалисты, которые понимают не только программирование, но и физику работы электронных компонентов. Это не просто программисты. Обычный программист, привыкший к последовательному выполнению команд, может не сразу воспринять логику работы аппаратных конвейеров, где обработка данных идёт параллельно, с учётом задержек, тактовых частот и состояний сигналов. Здесь нужно мыслить в терминах временны́х диаграмм и состояний схемы, а не только в логике алгоритмов. Поэтому перестроиться под такую работу удаётся далеко не каждому.
Юлия Шалтаева
— Что даёт такой метод верификации?
— Благодаря сквозному подходу к верификации компании экономят огромные средства, снижая риск выпуска бракованных кристаллов. Поэтому они готовы хорошо оплачивать труд специалистов, владеющих языками описания аппаратуры и сценарными языками для тестирования, такими как SystemVerilog, Tcl и другими. Один из самых частых запросов, с которыми работодатели приходят на нашу кафедру микроэлектроники, — это именно запрос на верификаторов, которые сочетают знание электроники, программирования и специализированных языков. Именно поэтому мы решили, что этот сложный цикл должен осваиваться ещё в университете, чтобы ребята входили в индустрию уже подготовленными, а не доучивались годами на рабочем месте.
— И в чём заключается эта инициатива?
— Мы уже несколько лет сотрудничаем с коллегами из компании YADRO и с созданной этой компанией Школой синтеза цифровых схем. В МИФИ мы организовали кластер этой Школы, в котором в прошедшем учебном году обучалось 60 студентов, и часть из них уже прошла на стажировку в YADRO по программе «Импульс». Также на базе нашей кафедры открылась лаборатория YADRO. Совместно с партнёром мы выстроили последовательный трек: сначала вводный курс, затем Школа синтеза, далее — работа в лаборатории над задачами от компании с обратной связью от заказчика и с выплатой стипендии. В лабораторию попадают лучшие выпускники Школы, которые успешно совмещают эту нагрузку с основной учёбой.
— Школа синтеза находится вне основного учебного курса?
— Да, это флагманская инициатива компании YADRO, создавшей отдельный образовательный модуль. Сейчас такие кластеры работают во многих городах России и даже за рубежом, и наш кластер в МИФИ — один из крупнейших. Изначально эта активность была ориентирована на школьников, но со временем переросла в студенческий формат. Впрочем, мы в МИФИ продолжаем работать и с талантливыми школьниками.
— Этот цикл активностей доступен для студентов каких курсов и каких образовательных программ?
— К нам приходят ребята с разных направлений Института интеллектуальных кибернетических систем (ИИКС) и Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике (ИНТЭЛ). В основном мы ориентируемся на магистрантов и на 3–5-й курсы специалитета. Бакалаврам обычно ещё рановато, хотя последний курс бакалавриата тоже можно рассматривать. По завершении программы ребята трудоустраиваются в компании. Часть работодателей берут их сразу после собеседования, а в YADRO предусмотрена входная стажировка, где наставники из числа сотрудников помогают новичкам мягко войти в рабочий процесс.
Беседовал Константин Фрумкин
