High-Level Synthesis (Russian)

Определение высокоуровневого синтеза

Высокоуровневый синтез (High-Level Synthesis, HLS) — это процесс автоматизации проектирования, который преобразует абстрактные описания алгоритмов, написанные на языках высокого уровня, таких как C, C++ или SystemC, в описания аппаратуры на уровне регистровых передач (RTL), которые могут быть использованы для создания цифровых схем, включая Application Specific Integrated Circuits (ASIC) и Field Programmable Gate Arrays (FPGA).

Исторический контекст и технологические достижения

Высокоуровневый синтез начал развиваться в 80-х годах XX века, когда необходимость в ускорении проектирования и уменьшении затрат на разработку полупроводниковых устройств стала очевидной. Первые инструменты HLS были ограничены в функциональности и не могли эффективно генерировать оптимизированный RTL-код. Однако с развитием вычислительных технологий и алгоритмов оптимизации, HLS стал более мощным инструментом в арсенале инженеров-электронщиков.

Ключевые достижения в этой области включают создание таких инструментов, как Catapult C от Mentor Graphics и Synphony C от Synopsys, которые значительно улучшили качество синтезируемого кода и сократили время разработки.

Связанные технологии и инженерные основы

Архитектурные основы

Высокоуровневый синтез опирается на несколько ключевых принципов проектирования, включая:

• Модульность: Разделение сложных систем на более простые модули, что упрощает их анализ и синтез.
• Параллелизм: Использование параллельной обработки для повышения производительности проектируемых систем.
• Оптимизация по критериям: Процесс HLS включает в себя оптимизацию по различным критериям, таким как скорость, площадь и потребление энергии.

HLS против традиционного синтеза

Сравнение HLS и традиционного синтеза:

• HLS: Позволяет инженерам разрабатывать системы на более высоком уровне абстракции, что сокращает время разработки и облегчает внесение изменений.
• Традиционный синтез: Требует от дизайнеров глубокого понимания аппаратных особенностей и требует больше времени на проектирование и отладку.

Последние тенденции

Среди последних тенденций в высокоуровневом синтезе можно выделить:

• Интеграция искусственного интеллекта: Внедрение алгоритмов машинного обучения для улучшения процессов синтеза и оптимизации.
• Увеличение поддержки новых стандартов: Разработка инструментов HLS, поддерживающих новые языки и платформы, такие как OpenCL и RISC-V.
• Фокус на энергосбережении: Оптимизация проектируемых систем для снижения потребления энергии, что становится особенно важным в эпоху интернета вещей (IoT).

Основные приложения

Высокоуровневый синтез находит применение в различных областях, включая:

• Встраиваемые системы: Используется для проектирования систем управления и обработки сигналов.
• Обработка видео и графики: Применяется в разработке процессоров для обработки изображений и видео.
• Системы связи: Применяется для создания схем обработки сигналов в беспроводных устройствах.

Текущие исследовательские тенденции и направления будущего

Исследования в области HLS продолжают развиваться, с акцентом на:

• Оптимизацию производительности и снижение времени синтеза: Усовершенствование алгоритмов для ускорения процесса HLS.
• Разработка новых языков описания аппаратуры: Создание более высокоуровневых языков, которые позволяют более эффективно описывать сложные системы.
• Улучшение поддержки для многопроцессорных систем: Работа над инструментами HLS, которые могут эффективно генерировать код для многопроцессорных архитектур.

Связанные компании

Некоторые из ведущих компаний, занимающихся высокоуровневым синтезом:

• Synopsys
• Cadence Design Systems
• Mentor Graphics (Siemens)
• Xilinx
• Altera (Intel)

Основные конференции

Крупнейшие конференции, посвященные темам высокоуровневого синтеза и проектирования VLSI:

• DAC (Design Automation Conference)
• ICCAD (International Conference on Computer-Aided Design)
• FPL (Field Programmable Logic and Applications)
• VLSI Symposium

Академические общества

Ряд академических организаций, занимающихся вопросами проектирования и синтеза в полупроводниковых системах:

• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
• ACM (Association for Computing Machinery)
• IEEE Circuits and Systems Society

Эта статья охватывает основные аспекты высокоуровневого синтеза, его историческую эволюцию, современные тенденции и направления будущих исследований, а также приложения и связанные секторы.