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新智元|Google的“泛芯片”科技蓝图( 三 )


新智元|Google的“泛芯片”科技蓝图
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source: Dan Ganousis, Metrics@CHIP Alliance workshop
最近 ， 我的一个在EDA公司工作了十多年的前同事加入Google Cloud ， 做相关工作 ， 这可能也是Google的系统性优势的一点体现吧 。 总之 ， 在Cloud EDA方向 ， Google的推动值得关注 。
除了Cloud商业项目 ， Google还非常积极的参与了开源EDA的工作 ， 是CHIP Alliance的发起者 。 相信大家都关注到Google和Skywater的开源PDK项目 ， 以及Google支持的免费投片 。 此外还有例如RISCV-DV的开源项目 ， 有兴趣的读者可以看看最近的Chip Alliance Workshop 。
新智元|Google的“泛芯片”科技蓝图
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source: CHIPS Alliance Workshop - September 17, 2020
编译器开发者跨界芯片设计工具
下面要介绍的开源项目CIRCT时间不长 ， 相对也小众很多 ， 不过很有意思 ， 值得关注 。
新智元|Google的“泛芯片”科技蓝图
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严格的说 ， 这个项目并不是Google主导的项目 ， 但却和Google发起的MLIR项目关系密切 ， 也是MLIR Ecosystem的一部分 。 大家知道 ， MLIR是Chris Lattner在Google发起的编译器项目 ， 我在之前的文章中也多次提到 。 Chris Lattner之后离开了Google ， 加入SiFive ， 并对硬件设计产生了极大兴趣 ， 因此发起了CIRCT项目 。 CIRCT的基本思路就是利用MLIR/LLVM中的编译器技术和基础设施来改进硬件设计语言和工具（特别是开源工具） 。
我们知道 ， EDA工具的目标是产生可生产的芯片设计 。 一个芯片设计流程 ， 一般从一个DSL（Domain Specific Language） ， 比如System Verilog/VHDL这样的硬件描述语言开始；然后会经过几个抽象层次的变化（类似软件编译的过程）；在每个层次需要进行相应的验证 ， 层次间的转换需要进行等价性验证 。 这个过程中的几个要素：编程语言 ， 编译技术 ， 验证技术 ， 并不是硬件设计独有 ， 很多都是和软件领域相通的 。 CIRCT这个项目最有趣的地方是软件编译器的开发者开始关注硬件设计工具 ， 而且是从DSL/IR/Compiler这个角度切入 ， 肯定不会只是修修补补的工作 。
在进一步讨论CIRCT项目之前 ， 我们先看看另一个Google发起的项目XLS[5] ， 这是一个高层次综合（HLS：High Level Synthesis）项目 。 HLS是EDA领域中学术研究比较多的内容 ， 其目标是通过提升设计输入的抽象层次来实现算法/应用直接到硬件的自动化设计实现 ， 从而提高芯片开发的效率 ， 我在之前的一篇文章中（在体系结构黄金期 ， ESL设计方法学能否「焕发青春」?）简单介绍过这个方向 。
新智元|Google的“泛芯片”科技蓝图
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首先 ， 这个项目自己定义了一个DSL来描述硬件 。 这里使用了类似Rust语言的DSLX 。 此外 ， XLS项目设计了自己的IR和编译工具 ， 验证工具（包括Logic Equivalence） ， 最终生成Verilog语言 ， 进入传统的芯片设计流程 。 其实 ， 和XLS项目类似的HLS项目在EDA学术界挺多的 。
由于HLS的抽象层次高于RTL级的硬件描述 ， 不合适使用Verilog/VHDL来作为DSL的 ， 一般会直接使用描述算法的C/C++这样的语言 ， 但直接使用这些语言也有很多困难 ， 这里就不展开讲了 。 最近几年 ， 大家比较喜欢参考（或基于）有函数式编程特征的语言（Scala ， Rust或者Haskell）来设计DSL ， 出现各式各样的语言（[6]中就有「Golden Age of Hardware Description Languages」的提法） 。
这也是吸取软件领域经验的一种方式 ， 但目前还没有一种高层次的DSL能够真正成为主流 。 顺便提一下 ， Chisel语言（基于Scala）可能是近几年在硬件设计语言上最成功的尝试 ， 但Chisel还是RTL层次的语言 ， 并不是为HLS任务设计的 。


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