这门课学习芯片

China Campus - - CONTENTS - 文/潘伟涛

西安电子科技大学通信工程学院的《专用集成电路设计》课程,是通院唯一一门介绍芯片设计全流程的课程。课程是为通信专业的同学介绍芯片是如何一步步设计出来的。在每年第一节课的前几页PPT上,我都会把最新的世界上半导体领域分类的企业排名为大家展示出来。一个目的是告诉大家,目前几乎所有的芯片设计巨头都是跟通信相关的。另外一个目的就是让大家看到差距,在这些巨头中,中国大陆的企业很少。

值得强调的是,学通信必须要懂一点集成电路,否则眼界实在是有限,毕业出去后甚至无法跟别人交流。讲到一些foundry厂(芯片制造工厂)、wafer(晶元)、最小线宽、工艺线等之类的名词都听不懂,还谈何做通信芯片,更谈不上报国。

另外,在国外,很多通信专业的学生都学微电子,西安电子科技大学专业划分很细,强烈建议同学们选修集成电路课程。目前新兴的人工智能、机器人行业等等,都需要掌握跨学科的知识技能,在这种跨度上来看,通信和微电子就是一个方向。

另外,也是最重要的,通信行业仍然是目前最有可能也是最有 希望做出芯片的专业。反过来,如果通信的研究能够达到做出芯片的地步,也代表着真正具有了核心技术,能推动通信行业的发展。

在这门课上,我重点介绍的是硬件开发语言和软件开发语言的重大差别。这门课,是唯一一门可以实实在在接触到软件和硬件紧密关系的课程,从本质上理解为什么有硬件和软件之分。C语言最终在硬件上是如何运行的,硬件上,比如CPU是如何执行指令的,指令在芯片上是什么样子,什么是芯片上的寄存器等等。这一切对于打下良好的软硬件概念基础,具有非常重要的意义。

再说说FPGA(现场可编程门阵列,是一种可以运行硬件描述语 言电路功能的一种可编程芯片,跟软件编程的概念类似,不过它是一种可实现硬件编程的芯片。是设计数字芯片的过程中必不可少的一个验证环节),这门课会反复强调,硬件描述语言跟软件编程语言的重要差异,会彻底改变采用软件思想设计硬件电路的坏习惯。在微电子领域,FPGA不过是ASIC(应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。特点是面向特定用户的需求)设计流程中的一个验证阶段而已,但对于通信领域, FPGA可以实现通信专业任何一门专业课上的几乎所有知识点:调制解调、计算技术网络通信、交换等等,这也是为什么现在见到的芯片几乎都是通信芯片的原因。

我们学习芯片,要远比学习如何用芯片有价值得多。也只有通过FPGA这样的平台,才能接触到这些最核心的东西。

有了FPGA,才开启了人工智能领域的大规模应用,在某些情况下,一个数千元的FPGA开发板达到的加速效果可以远超过一台数百万元购买的高性能多核并行计算机。这门课上会详细介绍FPGA开发语言的规范性写法,这在目前市面上参考书中是找不到的,也是十几年来调试FPGA经验的积累。

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