eng
О том, как удалось пройти нелегкий путь от рождения идеи создания процессора NM6403 до ее реализации в серийном изделии, мы попросили рассказать тех, кто стоял у истоков нового процессора.
Михаил Федорович Яфраков, зам. генерального директора по науке НТЦ “Модуль”, доктор технических наук, академик РА РАН
Дмитрий Викторович Фомин, начальник сектора специализированных ИС НТЦ ”Модуль”
Михаил Федорович Яфраков, зам. генерального директора по науке НТЦ “Модуль”, доктор технических наук, академик РА РАН
Дмитрий Викторович Фомин, начальник сектора специализированных ИС НТЦ ”Модуль”
Корр. Как получилось, что фирма, занимавшаяся встраиваемыми системами, нейросетевой математикой, вдруг создает свой процессор, причем столь удачный?
М.Я. Это произошло не случайно. Нейросетевые технологии при реализации на стандартных процессорах, например TMS320C40, давали определенный выигрыш. Но преимущество не было столь существенным, чтобы действительно говорить о реализации нейронных сетей, способных решать серьезные задачи. Поэтому на основе анализа алгоритмов, глубоких исследований природы решения многих задач мы пришли к выводу — необходим новый процессор, учитывающий специфику нейросетевого базиса. Впервые эта мысль прозвучала на наших семинарах. Затем образовалась группа энтузиастов, которые верили в то, что они смогут выполнить эту задачу, хотя обычно (и в нашей стране, и на Западе) в подобные проекты вкладываются огромные материальные и людские ресурсы, а нас было менее 100 человек, да и с деньгами туго. Иными словами, работали на энтузиазме.
Когда первый проект вынесли на обсуждение широкого круга специалистов, его подвергли жесточайшей критике. Общий вердикт — это трудно, это невозможно, напрасная трата сил и времени. Тем не менее мы пошли дальше, поставив задачу — обеспечить очень высокую производительность для ряда операций при достаточно низкой стоимости. Проект процессора сделали быстро — за восемь месяцев. И начался поиск партнеров. В итоге остановились на фирме Samsung. Надо сказать, работа с партнером шла не гладко — специалисты фирмы не верили, что такой кристалл можно реализовать на столь малой площади, снимали с себя ответственность за его работоспособность.
Д.Ф. Сначала были проблемы с библиотекой элементов, предоставленной нам Samsung. Работа велась методом полузаказного проектирования, набор базовых элементов в этом случае предоставляет производитель кристалла. В базу данных информация об элементах была заложена неправильно, и поэтому при моделировании наша схема не работала. Решили проблемы с библиотекой — все наладилось. Были сложности, связанные с очень жесткими правилами проектирования, принятыми на Samsung. Например, требование к каждой трехстабильной шине многопортовой внутренней памяти подключать резистивные структуры. Но в этом случае, если шина ни на что не нагружена, напрасно расходуется площадь кристалла. Мы не стали выполнять это правило и оказались правы — процессор работал. Но поскольку это нарушало установленный порядок, нас заставили подписать бумаги, освобождающие Samsung от ответственности за работоспособность изделия. Подобные документы приходилось подписывать много раз.
Другие моменты — в Samsung все построено на проектировании через синтез, как, например, в САПР Synopsys. Схема описывается на языках высокого уровня типа VHDL, Verilog, моделируется и автоматически синтезируется на всех уровнях, от электрической принципиальной схемы до топологии. Эта технология предусматривает участие человека лишь на самом начальном этапе проектирования. Плюсы такого подхода: сроки разработки достаточно коротки, а спроектированная схема не нуждается в доработке. Но синтезированная схема не оптимальна. Методика эффективна только для простых изделий — например, для контроллеров стиральных машин или СВЧ-печей. Здесь не нужно серьезно заниматься оптимизацией структур — лишний квадратный миллиметр площади кристалла никого не волнует, так как схемы маленькие. Наша схема — большая, поэтому проблема площади стояла остро. Естественно, было много ручной работы.
Samsung до этого большие процессоры не делал, и все программы верификации у них рассчитаны на проектирование путем автоматического синтеза. В результате программа анализа покрытия неисправностей, которую использует компания, нашу схему не понимала абсолютно. Она выдавала какие-то глупые результаты только потому, что схему проектировали не через Synopsys, а вручную, на САПР Cadence. Нам пришлось арендовать у фирмы Cadence другую программу (стоимостью около 50 тыс. долл.), чтобы оценить покрытие неисправностей.
Корр. Давайте уточним — разработка процессора началась по чьему-то заказу?
Д.Ф. Конечно же, нет. Мы приступили к проекту в инициативном порядке. Никому в то время не пришло бы в голову заказать нам столь крупную работу, ибо всем известно — в России микропроцессорами никто всерьез не занимается, а значит, нет предмета для обсуждения. Ну а средства на разработку пришлось привлекать из самых разных источников.
М.Я. Нам постоянно приходилось идти на риск. Но мы верили, что сможем это сделать, что это необходимо. Все говорили — есть Pentium, чего еще не хватает? А мы показали — чего. Преимущества нашего процессора в сравнении с Pentium четко видны на реальных задачах. И это только начало.
Д.Ф. Наши программисты постоянно находят новые подходы — практически каждый месяц путем оптимизации удваивают скорость решения задач на том же самом процессоре и инструментальном ПО.
М.Я. Параллельно разработке процессора создавалось математическое обеспечение, проектировались платы ускорительных модулей. Так удалось выиграть время. И вот процессор создан. Скоро будет серия. У нас очень большие планы и по процессорам и по специальным вычислителям. Мы надеемся в скором времени завершить работу над новым процессором, хотя уже созданный – NM6403 – показывает прекрасные результаты. Особенность работы с нашим процессором в том, что необходимо перестроить мышление на выполнение параллельных операций. Это чрезвычайно трудная задача. Но один успех рождает другой. Скажем, освоили реализацию какой-либо сложной системы базисных функций — это сразу влечет изменение всего ПО, что в свою очередь дает новый виток развития.
Корр. На какие рынки вы ориентируете свой процессор?
М.Я. В финансовом отношении, конечно же, на западный. Интерес к нашей работе идет по нарастающей. Есть серьезные предложения и по лицензированию, и по разработке аппаратуры. На конец апреля запланированы переговоры с южнокорейскими фирмами, касающиеся заказа изделий на базе нейрочипа. Мы также выступаем подрядчиками по аппаратуре ряда отечественных организаций, имеющих серьезные контракты и с западными, и с восточными партнерами. Будем стараться все делать на наших чипах. Кроме того, мы считаем своей моральной, нравственной задачей поддержать разработки, еще теплящиеся в отдельных научных объединениях, университетах России. Фирма готова почти бескорыстно предоставлять им и математику, и наши изделия. Сейчас пытаемся продвинуть образовательный проект, поскольку технологии и оборудование такого уровня новы даже для университетов. В рамках проекта мы могли бы поставлять в вузы комплекты наших изделий.
Д.Ф. Но без поддержки государства сделать это тяжело — образовательные программы Texas Instruments, Motorola и др., которые реализуются в некоторых наших университетах, финансируются этими фирмами. Мы же платить не можем — кто бы нам заплатил. Преподавателям бесплатно взваливать на себя дополнительный объем работ тоже ни к чему, хотя многие просят предоставить им процессор, чтобы посмотреть, испытать... Очевидно, что помощь здесь должно оказать государство хотя бы своей протекционистской политикой.
Корр. Что, на ваш взгляд, определило успех разработки?
М.Я. Прежде всего созданный нами коллектив. Это высочайшие профессионалы мирового класса и одновременно суперувлеченные люди. Только благодаря этой увлеченности и преданности делу в столь непростое время удается что-то делать. Некоторые московские организации могли бы выполнить подобную работу, но у них нет таких специалистов, как в НТЦ “Модуль”.
Д.Ф. И найти специалистов, которые могут работать, — не просто, хотя, казалось бы, рынок труда переполнен. Но те, кто ушел работать в другие сферы, как правило, уже не возвращаются.
М.Я. Если не поработал один-два года по специальности — не наверстаешь, по многим причинам: и психологическим, и моральным, и интеллектуальным. Мы предпочитаем создавать примерно однородные по возрасту коллективы, хотя раньше считалось, что надо сочетать представителей разных возрастных категорий, поскольку нужна преемственность. Мы такой подход не отвергаем, однако при проектировании процессора он не срабатывал. Математику создавали люди, средний возраст которых — 23–25 лет. Старшее поколение за ними уже не успевало. Надо сказать, что активного творческого возраста хватает на одну–две, максимум три сложные разработки. Но есть и более простые работы — например, разработка относительно простых контроллеров.
Корр. А вы готовы делать дешевые микроконтроллеры?
Д.Ф. У нас срок разработки методом синтеза и изготовления таких устройств — три месяца. Для этого есть все: производственная, технологическая база, средства проектирования. И есть люди, которые именно эту работу выполняли бы с удовольствием.
Корр. В производстве вы ориентируетесь на зарубежных производителей?
Д.Ф. Так поступают во всем мире, поскольку существует международное разделение труда. Сегодня создать в России предприятие, рассчитанное на 0,18–0,25-мкм технологию, нереально, разве что какая-нибудь западная компания построит здесь фабрику с участием российского капитала. Но это будет просто перераспределением потоков заказов.
М.Я. Серьезные планы у нас в отношении фирмы Fujitsu — хотим наладить с ней стратегическое взаимодействие — получить доступ к новейшим технологиям, использовать ее структуры для поставки наших изделий на западные рынки, где имя, авторитет фирмы очень много значат. Fujitsu может и хочет предоставить нам первоклассные возможности. С этой фирмой мы также будем сотрудничать в области подготовки специалистов, как наших, так и южнокорейских.
Д.Ф. Fujitsu в сотрудничестве очень заинтересована, поскольку по достоинству оценила уровень и качество нашей работы. Недаром НТЦ “Модуль” имеет статус сертифицированного дизайн-центра этой компании.
Корр. Какие проблемы, связанные с процессором, вас беспокоят больше всего?
М.Я. Проблем — тьма тьмущая. Взять хотя бы вопросы интеллектуальной собственности. Мы получили патент на кристалл, а программное обеспечение зарегистрировано в РосАПО, что подтверждает наше авторство на ПО, но фактически не обеспечивает ему никакой защиты на зарубежных рынках. В отличие от России, в США, как известно, ПО можно запатентовать. Однако заниматься этим мы не в состоянии — слишком это дорогая и длительная процедура. Мало того, получив патент, надо уметь его грамотно использовать, а если возникнет необходимость, отстоять свои патентные права. Для этого нужны опытные, квалифицированные специалисты, которыми мы не располагаем. Второе — для долгой жизни проекта необходимо всестороннее содействие государства. Во всем мире крупные разработки на 80–90% финансируются из госбюджета. Мы вправе рассчитывать на поддержку своей страны, причем не обязательно деньгами. Помогут и протекционистская политика, и содействие в продвижении наших изделий на рынок, а также облегчение налогового бремени, гарантии и др.
Еще одна проблема — подготовка кадров. Мы обучаем сотрудников, посылаем их стажироваться, затрачивая на это время и деньги. Но если человек захочет, он сможет легко от нас уйти, не нарушая при этом трудового законодательства. Конечно, мы заключаем контракты, но они не имеет законной силы, поскольку в стране не создан механизм, регулирующий такие отношения.
Кроме того, выполнить разработку — это одни деньги, а ее продвижение на рынок — совсем другие, на порядок большие. Срок жизни подобных изделий ограничен. НТЦ вынужден, еще не вернув деньги, заниматься новой разработкой, чтобы не потерять темп. Но нельзя же только разрабатывать, надо и продавать. Однако мы — научная компания и не можем взять на себя абсолютно все. Нам надо помогать...
М.Я. Это произошло не случайно. Нейросетевые технологии при реализации на стандартных процессорах, например TMS320C40, давали определенный выигрыш. Но преимущество не было столь существенным, чтобы действительно говорить о реализации нейронных сетей, способных решать серьезные задачи. Поэтому на основе анализа алгоритмов, глубоких исследований природы решения многих задач мы пришли к выводу — необходим новый процессор, учитывающий специфику нейросетевого базиса. Впервые эта мысль прозвучала на наших семинарах. Затем образовалась группа энтузиастов, которые верили в то, что они смогут выполнить эту задачу, хотя обычно (и в нашей стране, и на Западе) в подобные проекты вкладываются огромные материальные и людские ресурсы, а нас было менее 100 человек, да и с деньгами туго. Иными словами, работали на энтузиазме.
Когда первый проект вынесли на обсуждение широкого круга специалистов, его подвергли жесточайшей критике. Общий вердикт — это трудно, это невозможно, напрасная трата сил и времени. Тем не менее мы пошли дальше, поставив задачу — обеспечить очень высокую производительность для ряда операций при достаточно низкой стоимости. Проект процессора сделали быстро — за восемь месяцев. И начался поиск партнеров. В итоге остановились на фирме Samsung. Надо сказать, работа с партнером шла не гладко — специалисты фирмы не верили, что такой кристалл можно реализовать на столь малой площади, снимали с себя ответственность за его работоспособность.
Д.Ф. Сначала были проблемы с библиотекой элементов, предоставленной нам Samsung. Работа велась методом полузаказного проектирования, набор базовых элементов в этом случае предоставляет производитель кристалла. В базу данных информация об элементах была заложена неправильно, и поэтому при моделировании наша схема не работала. Решили проблемы с библиотекой — все наладилось. Были сложности, связанные с очень жесткими правилами проектирования, принятыми на Samsung. Например, требование к каждой трехстабильной шине многопортовой внутренней памяти подключать резистивные структуры. Но в этом случае, если шина ни на что не нагружена, напрасно расходуется площадь кристалла. Мы не стали выполнять это правило и оказались правы — процессор работал. Но поскольку это нарушало установленный порядок, нас заставили подписать бумаги, освобождающие Samsung от ответственности за работоспособность изделия. Подобные документы приходилось подписывать много раз.
Другие моменты — в Samsung все построено на проектировании через синтез, как, например, в САПР Synopsys. Схема описывается на языках высокого уровня типа VHDL, Verilog, моделируется и автоматически синтезируется на всех уровнях, от электрической принципиальной схемы до топологии. Эта технология предусматривает участие человека лишь на самом начальном этапе проектирования. Плюсы такого подхода: сроки разработки достаточно коротки, а спроектированная схема не нуждается в доработке. Но синтезированная схема не оптимальна. Методика эффективна только для простых изделий — например, для контроллеров стиральных машин или СВЧ-печей. Здесь не нужно серьезно заниматься оптимизацией структур — лишний квадратный миллиметр площади кристалла никого не волнует, так как схемы маленькие. Наша схема — большая, поэтому проблема площади стояла остро. Естественно, было много ручной работы.
Samsung до этого большие процессоры не делал, и все программы верификации у них рассчитаны на проектирование путем автоматического синтеза. В результате программа анализа покрытия неисправностей, которую использует компания, нашу схему не понимала абсолютно. Она выдавала какие-то глупые результаты только потому, что схему проектировали не через Synopsys, а вручную, на САПР Cadence. Нам пришлось арендовать у фирмы Cadence другую программу (стоимостью около 50 тыс. долл.), чтобы оценить покрытие неисправностей.
Корр. Давайте уточним — разработка процессора началась по чьему-то заказу?
Д.Ф. Конечно же, нет. Мы приступили к проекту в инициативном порядке. Никому в то время не пришло бы в голову заказать нам столь крупную работу, ибо всем известно — в России микропроцессорами никто всерьез не занимается, а значит, нет предмета для обсуждения. Ну а средства на разработку пришлось привлекать из самых разных источников.
М.Я. Нам постоянно приходилось идти на риск. Но мы верили, что сможем это сделать, что это необходимо. Все говорили — есть Pentium, чего еще не хватает? А мы показали — чего. Преимущества нашего процессора в сравнении с Pentium четко видны на реальных задачах. И это только начало.
Д.Ф. Наши программисты постоянно находят новые подходы — практически каждый месяц путем оптимизации удваивают скорость решения задач на том же самом процессоре и инструментальном ПО.
М.Я. Параллельно разработке процессора создавалось математическое обеспечение, проектировались платы ускорительных модулей. Так удалось выиграть время. И вот процессор создан. Скоро будет серия. У нас очень большие планы и по процессорам и по специальным вычислителям. Мы надеемся в скором времени завершить работу над новым процессором, хотя уже созданный – NM6403 – показывает прекрасные результаты. Особенность работы с нашим процессором в том, что необходимо перестроить мышление на выполнение параллельных операций. Это чрезвычайно трудная задача. Но один успех рождает другой. Скажем, освоили реализацию какой-либо сложной системы базисных функций — это сразу влечет изменение всего ПО, что в свою очередь дает новый виток развития.
Корр. На какие рынки вы ориентируете свой процессор?
М.Я. В финансовом отношении, конечно же, на западный. Интерес к нашей работе идет по нарастающей. Есть серьезные предложения и по лицензированию, и по разработке аппаратуры. На конец апреля запланированы переговоры с южнокорейскими фирмами, касающиеся заказа изделий на базе нейрочипа. Мы также выступаем подрядчиками по аппаратуре ряда отечественных организаций, имеющих серьезные контракты и с западными, и с восточными партнерами. Будем стараться все делать на наших чипах. Кроме того, мы считаем своей моральной, нравственной задачей поддержать разработки, еще теплящиеся в отдельных научных объединениях, университетах России. Фирма готова почти бескорыстно предоставлять им и математику, и наши изделия. Сейчас пытаемся продвинуть образовательный проект, поскольку технологии и оборудование такого уровня новы даже для университетов. В рамках проекта мы могли бы поставлять в вузы комплекты наших изделий.
Д.Ф. Но без поддержки государства сделать это тяжело — образовательные программы Texas Instruments, Motorola и др., которые реализуются в некоторых наших университетах, финансируются этими фирмами. Мы же платить не можем — кто бы нам заплатил. Преподавателям бесплатно взваливать на себя дополнительный объем работ тоже ни к чему, хотя многие просят предоставить им процессор, чтобы посмотреть, испытать... Очевидно, что помощь здесь должно оказать государство хотя бы своей протекционистской политикой.
Корр. Что, на ваш взгляд, определило успех разработки?
М.Я. Прежде всего созданный нами коллектив. Это высочайшие профессионалы мирового класса и одновременно суперувлеченные люди. Только благодаря этой увлеченности и преданности делу в столь непростое время удается что-то делать. Некоторые московские организации могли бы выполнить подобную работу, но у них нет таких специалистов, как в НТЦ “Модуль”.
Д.Ф. И найти специалистов, которые могут работать, — не просто, хотя, казалось бы, рынок труда переполнен. Но те, кто ушел работать в другие сферы, как правило, уже не возвращаются.
М.Я. Если не поработал один-два года по специальности — не наверстаешь, по многим причинам: и психологическим, и моральным, и интеллектуальным. Мы предпочитаем создавать примерно однородные по возрасту коллективы, хотя раньше считалось, что надо сочетать представителей разных возрастных категорий, поскольку нужна преемственность. Мы такой подход не отвергаем, однако при проектировании процессора он не срабатывал. Математику создавали люди, средний возраст которых — 23–25 лет. Старшее поколение за ними уже не успевало. Надо сказать, что активного творческого возраста хватает на одну–две, максимум три сложные разработки. Но есть и более простые работы — например, разработка относительно простых контроллеров.
Корр. А вы готовы делать дешевые микроконтроллеры?
Д.Ф. У нас срок разработки методом синтеза и изготовления таких устройств — три месяца. Для этого есть все: производственная, технологическая база, средства проектирования. И есть люди, которые именно эту работу выполняли бы с удовольствием.
Корр. В производстве вы ориентируетесь на зарубежных производителей?
Д.Ф. Так поступают во всем мире, поскольку существует международное разделение труда. Сегодня создать в России предприятие, рассчитанное на 0,18–0,25-мкм технологию, нереально, разве что какая-нибудь западная компания построит здесь фабрику с участием российского капитала. Но это будет просто перераспределением потоков заказов.
М.Я. Серьезные планы у нас в отношении фирмы Fujitsu — хотим наладить с ней стратегическое взаимодействие — получить доступ к новейшим технологиям, использовать ее структуры для поставки наших изделий на западные рынки, где имя, авторитет фирмы очень много значат. Fujitsu может и хочет предоставить нам первоклассные возможности. С этой фирмой мы также будем сотрудничать в области подготовки специалистов, как наших, так и южнокорейских.
Д.Ф. Fujitsu в сотрудничестве очень заинтересована, поскольку по достоинству оценила уровень и качество нашей работы. Недаром НТЦ “Модуль” имеет статус сертифицированного дизайн-центра этой компании.
Корр. Какие проблемы, связанные с процессором, вас беспокоят больше всего?
М.Я. Проблем — тьма тьмущая. Взять хотя бы вопросы интеллектуальной собственности. Мы получили патент на кристалл, а программное обеспечение зарегистрировано в РосАПО, что подтверждает наше авторство на ПО, но фактически не обеспечивает ему никакой защиты на зарубежных рынках. В отличие от России, в США, как известно, ПО можно запатентовать. Однако заниматься этим мы не в состоянии — слишком это дорогая и длительная процедура. Мало того, получив патент, надо уметь его грамотно использовать, а если возникнет необходимость, отстоять свои патентные права. Для этого нужны опытные, квалифицированные специалисты, которыми мы не располагаем. Второе — для долгой жизни проекта необходимо всестороннее содействие государства. Во всем мире крупные разработки на 80–90% финансируются из госбюджета. Мы вправе рассчитывать на поддержку своей страны, причем не обязательно деньгами. Помогут и протекционистская политика, и содействие в продвижении наших изделий на рынок, а также облегчение налогового бремени, гарантии и др.
Еще одна проблема — подготовка кадров. Мы обучаем сотрудников, посылаем их стажироваться, затрачивая на это время и деньги. Но если человек захочет, он сможет легко от нас уйти, не нарушая при этом трудового законодательства. Конечно, мы заключаем контракты, но они не имеет законной силы, поскольку в стране не создан механизм, регулирующий такие отношения.
Кроме того, выполнить разработку — это одни деньги, а ее продвижение на рынок — совсем другие, на порядок большие. Срок жизни подобных изделий ограничен. НТЦ вынужден, еще не вернув деньги, заниматься новой разработкой, чтобы не потерять темп. Но нельзя же только разрабатывать, надо и продавать. Однако мы — научная компания и не можем взять на себя абсолютно все. Нам надо помогать...
Отзывы читателей
