Vous avez peut-être pris connaissance de l'article de Maya Posch sur les premiers outils ASIC open source de Google et de la technologie SkyWater. Il envisage un accès accru pour créer des puces personnalisées – Circuits intégrés spécifiques à une application – conçues à l'aide d'outils open-source et rendues réelles grâce aux installations de fabrication de puces existantes. Ma première pensée? Combien cela coûte-t-il d'enregistrer? Autrement dit, comment puis-je prendre la conception sur mon écran et obtenir des pièces réelles entre mes mains? J'ai demandé à Tim Ansel de Google de m'expliquer davantage sur les objectifs du projet et comment j'allais obtenir mes pièces.

Les objectifs sont assez simples. Tim et ses collaborateurs aimeraient voir le matériel s'ouvrir de la même manière que le logiciel. Le modèle dans lequel des équipes de personnes s'appuient sur le travail des autres, soit en collaboration directe, soit indirectement, a conduit à de nombreux logiciels très puissants. Tim’s a réussi à intéresser les gens au développement de FPGA et a aidé à produire des outils ouverts pour le faire. Les ASIC personnalisés sont la prochaine étape logique.

Qui a besoin d'ASIC Open Source?

Bien sûr, les FPGA et les ASIC ne sont pas la réponse à tous les problèmes. Nous ne pouvons pas nous empêcher de remarquer que certains exemples que vous voyez – y compris le nôtre – sont parfois meilleurs pour l'apprentissage que réellement pratiques. Par exemple, l'exemple classique d'apprentissage des machines d'état sur un FPGA est un feu de signalisation. Pourquoi pas? Tout le monde comprend ce qu'il est censé faire, sa logique d'état est claire et vous pouvez le rendre aussi simple que vous le souhaitez ou assez complexe s'il détecte des véhicules et des boutons de passage pour piétons ou des changements en fonction des horaires.

Cependant, si vous construisiez vraiment un feu de circulation, cela n'aurait pas beaucoup de sens de le faire dans un FPGA. Même le microcontrôleur le plus simple serait à la hauteur et coûterait moins cher à l'achat et en termes de coûts d'ingénierie.

Les ASIC occupent une niche similaire, mais avec un peu de différence. Du côté positif, ils devraient être plus denses, plus rapides et moins gourmands en énergie qu'un FPGA similaire. Cela a du sens parce que l'ASIC est une sorte de FPGA où les interconnexions sont faites avec des lignes métalliques dédiées au lieu d'être généralement configurables. Vous pouvez également mettre exactement les circuits que vous voulez – ou, au moins, choisir parmi une variété de cellules au lieu d'avoir à utiliser tout ce que l'architecte du FPGA a décidé dont vous avez besoin. Vous pouvez même inclure des cellules analogiques aux côtés de circuits numériques.

Du côté négatif, les ASIC ne sont pas pour les bâclés. Historiquement, l'enregistrement d'un ASIC a été très coûteux. Vous avez donc une série de pièces mais – oups – vous avez oublié que le compteur doit être réinitialisé sur un nombre non nul. Dans un FPGA, c'est une gêne mineure; vous changez simplement la configuration – surtout maintenant que les FPGA programmables une fois sont rares en dehors de certaines applications. Même si vous devez jeter un FPGA et en programmer un autre, ils ne sont généralement pas très chers à moins qu'ils ne soient durcis aux radiations ou de très gros appareils.

Si vous faites cette erreur sur un ASIC, vous avez de gros ennuis. Vous ne pouvez rien changer sur les pièces que vous avez. Vous devez avoir un nouveau lot construit avec de nouveaux coûts initiaux. Dans le monde commercial, ce genre d'erreur peut mettre fin à la carrière.

Tim indique clairement que son public cible n'est pas le professionnel de la construction d'ASIC personnalisés. C'est nous. Les pirates et les bricoleurs qui veulent créer des circuits intégrés personnalisés. Il peut également y avoir un marché pour les étudiants, bien que les écoles aient souvent des accords pour que cela soit déjà possible.

Tim fait remarquer, cependant, qu'un grand nombre de ces accords scolaires sont liés à des accords de non-divulgation que les étudiants doivent signer, il est donc possible que des outils ouverts stimulent de nouvelles recherches publiées, ce qui serait une bonne chose. Pourtant, j'ai l'impression qu'ils pensent que la plupart des intérêts proviendront de notre communauté.

Ce processus est remarquable, car le procédé à 130 nm utilisé n’est pas une technologie de pointe. L'usine Skywater Technologies a été construite par Cypress Semiconductor en 1991 à Bloomington, Minnesota. Tim affirme que les concepteurs professionnels se sont tellement éloignés de ces grandes géométries que nos concepteurs pourraient avoir à redécouvrir des connaissances perdues en cours de route pour tirer le meilleur parti d'un circuit intégré conçu pour les processus les plus importants. Mais l'infrastructure existante est une grande partie de ce qui rend ce projet plus abordable.

Alors, comment les obtenez-vous?

Tim avait beaucoup à dire sur les bibliothèques de cellules qui sont éminentes et sur la façon dont chacune a été réglée pour un objectif différent (par exemple, haute densité ou faible puissance ou haute vitesse). Cependant, nous voulions savoir comment obtenir des pièces réelles. Apparemment, certains détails ou encore en cours d'élaboration.

Chip scale devices on a penny par Cp82 CC-BY-SA 3.0

En novembre, ils prévoient de commander une plaquette multiprojet de 40 emplacements. Ils ne savent pas encore s’ils devront mendier et plaider pour obtenir 40 designs ou s’ils devront remporter la sélection parmi tous les candidats possibles. Si vous faites partie des 40, vous obtiendrez environ 10 mm carrés pour jouer et vous retrouver avec quelque 100 à 300 puces dans un emballage à puce (CSP). Vous pouvez voir un CSP typique assis sur un sou américain sur la photo ci-jointe.

Il y a quelques stipulations. Vous soumettrez votre conception sur GitHub (ou un référentiel public similaire), votre conception sera donc open source. Cela signifie que même si vous ne faites pas partie des 40, vous venez de mettre votre puce à la disposition du monde entier. La fonderie vérifiera automatiquement votre conception pour répondre à certains critères techniques. À ce stade précoce, il ne semble pas y avoir de plan précis sur la façon dont ils sélectionneront les modèles à inclure dans la première exécution. Vraisemblablement, s'il y a beaucoup de participants et que les choses fonctionnent bien, il y aura plus de plaquettes en 2021.

Il y a encore beaucoup de questions sans réponse. Pouvez-vous payer pour sortir votre propre cassette? Si oui, devez-vous toujours être open source? Et si vous en avez fait et que vous en voulez plus? Combien ça coûte? C'est très tôt et nous ne connaissons pas encore les réponses à ces questions, mais les détails se réuniront au fil du temps.

La clé

Comme je l'ai dit plus tôt, les ASIC ne sont pas pour tout le monde et certainement pas pour les personnes qui testent et déboguent au fur et à mesure. La vérification est essentielle à la réussite d'un projet ASIC. Cela signifie que cela dépendra en grande partie des outils de simulation disponibles et de la qualité des modèles disponibles. Dépenser beaucoup de temps et d’argent pour obtenir des circuits intégrés qui ne fonctionneront pas à la vitesse dont vous avez besoin, consomment plus d’énergie que ce à quoi vous vous attendiez ou ne fonctionnent tout simplement pas est déchirant.

Plusieurs fois, un FPGA peut être utilisé pour valider tout ou partie de votre conception avant d'essayer de passer à un ASIC. Lorsque cela fonctionne, cela fonctionne bien. Cependant, en raison des différences entre les deux technologies, ce n'est pas aussi simple que de penser à un ASIC comme à un FPGA fixe. Vous avez les mêmes problèmes que vous pourriez avoir à passer d'un circuit câblé à la main à un PCB. Logiquement, ce sont les mêmes. Mais nous savons tous que vous pouvez avoir des problèmes avec cette transition en raison des différentes caractéristiques. C'est le même problème ici. Comment testez-vous vos cellules analogiques? L'horloge distribuera-t-elle la même chose? Et les ASIC ont des exigences de vitesse ou de puissance qui sont difficiles à imiter dans une étape de validation.

Tim Ansel a donné une conférence en ligne aujourd'hui pour annoncer officiellement le projet. Jetez un œil pour plus de détails sur le nœud de processus lui-même et les outils utilisés pour le concevoir:

Alors allez-vous essayer de concevoir votre propre circuit intégré? J'ai déjà été impliqué dans le développement d'ASIC, mais je pourrais toujours être intéressé à faire mon propre projet juste pour pouvoir faire toutes les étapes. Faites-nous savoir quel CI vous souhaitez concevoir – ou voyez quelqu'un d'autre concevoir – dans les commentaires.

Image d'en-tête: Peellden / CC BY-SA 3.0

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