FPGA в 2032

Автор: Рон Вилсон

Перевод: Перкин П.В.

Год: 2012

Источник: http://www.altera.com/.../fpga-2012.html

Двадцатый международный симпозиум Ассоциации вычислительной техники по вопросам ПЛИС начался в этом году с такого незначительного, казалось бы, семинара: Какие будут ПЛИС через 20 лет. Группа экспертов, состоящая из производителей, пользователей и научного сообщества сделали вывод, и, в конце концов, решили попробовать предсказать ситуацию.

Большинство из семи докладчиков, как и предполагалось, произвели обзор истории программируемых устройств за последние 20 лет для того, чтобы очертить линию тренда, и сделать вывод, опираясь на уже известные факты. Участники дискуссии создали некий фоторобот ПЛИС будущего в трех различных сферах: технологическом процессе, архитектуре, интерфейсах и средствах программирования устройств.

Технологический процесс

Конечно, направление развития микроэлектроники в ближайшие два года будет определяющим фактором ПЛИС будущего. И в целом, участники согласились, что к 2032 году по данному пути развития будет преимущественно преобладать увеличение количества КМОП.

Кремниевые схемы продержатся ещё 25-30 лет - утверждает технический директор и старший вице-президент компании Xilinx Иво Болсенс – Я не думаю, что мы сможем увидеть новые материалы, которые в корне изменят картину аж до 2030 года

Технический директор и старший вице-президент по исследованиям и разработкам компании Altera Миша Бурич начал своё выступление с похожего утверждения, перечислив ряд заманчивых технологий от квантовых транзисторов до ДНК, которые он не хотел бы обсуждать. Он также отметил, что технологические схемы Altera просуществуют до 2026 года. Помимо этого, все ещё целесообразно использовать закон Мура в качестве приблизительной оценки – говорит Бурич.

Итак, что же предлагает нам закон Мура? В 2032 году мы сможем иметь 1,8 нм процессоры с размером элемента в 3нм и обмоткой в один шаг – говорит Бурич. Это позволит нам создавать 887 биллионов транзисторов на одном кристалле. Бурич предполагает, что такие ПЛИС будут иметь пропускную способность в 250 раз больше, нежели у современных устройств. Но, технический директор также заметил, что 3нм это участок около 13 атомов для кремния. Даже на атомном уровне управления процессом обычная дискретизация (разница между каналом с 12 атомами и каналом с 14 атомами) даст транзисторам больший разброс параметров, чем могут предоставить многие сегодняшние схемы. И пока крошечные транзисторы будут быстрее, схема соединения будет гораздо медленнее, нарушая традиционные методы топологии и, по сути, подрывая ячеечную методологию проектирования.

Питер Чунг, заведующий кафедрой электротехнической и электронной промышленности Имперского колледжа в Лондоне добавил немного суровой реальности в вопросах изменчивости. Он утверждает, что если в 2031 году вы спроектируете чип, на котором будет работать каждый транзистор, то в итоге вы получите нулевую отдачу. В сущности, процесс изменения сделает каждый чип физически уникальным.

Но различия не заканчиваются только на производстве – высказывает свои опасения Чунг: Нам уже известен ряд реакций, включая захваченный заряд, эффект горячих носителей, повышение сопротивления и ионное рассеивание, которые вызывают видимое ухудшение цепи с течением времени. На сегодняшний день эти эффекты являются незначительными при работе с чипом, но через 20 лет их влияние будет заметно

В некотором смысле, Чунг видит в этом возможности для программируемой логики. Он предположил, чтобы вместо того, что программируемые устройства имеют один путь системной реализации, в 2032 году каждое устройство на системном уровне будет программируемым. Именно здесь мы видим новые возможности для реконфигурации. Они включают в себя конкретные специфические настройки; самотестирование, характеристику и диагностику; прогнозирование ошибок; быструю реконфигурацию в случае возникновения неполадок; и усреднение износа для продления срока службы чипа.

Недостающее звено.

Некоторые из выступавших отметили одну ключевую нерешенную проблему, которая стоит между технологией будущего и сегодняшнего – передача довольно абстрактного представления системы в программируемый файл устройства. Исследования должны стереть грань между программными и аппаратными работами, – утверждает Болсенс. Также отметили проблему синтеза ускорителей, как барьер для динамического перепрограммирования. Флинн подвел черту: Сегодня наши программы размещения и разводки работают по 10 часов. Так значит в 2032 они будут работать в течение месяца? Производители должны взять это на заметку

Выводы

В целом, участники семинара не увидели революционных отличий от привычной траектории развития по закону Мура. Но были разногласия по поводу того, что мы делать с огромным количеством транзисторов и возникающими проблемами, которые должны появиться в святи с этим масштабированием. Будем ли мы создавать гетерогенные, более проблемно-ориентированные сочетания функциональных и конфигурируемых блоков? Или мы будем использовать огромное количество транзисторных переключателей и высокоскоростное локальное соединение для создания больших пустых коммутирующих матриц для реализации виртуальных ускорителей?

И как мы будем думать о системах, которые создаем? Ведь наверняка RTL не будет доминирующим интерфейсом. Можем ли мы представить себе сложные системы, как произвольный симбиоз полдюжины специально подобранных скриптовых языков? Или же необходимо разработать более элегантное решение для программного обеспечения ориентированного на команды про проектировании систем в 2032?