Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Производство и разработка электроники

Перевод Шнурок на шею для Raspberry Pi, по которому подаётся питание

15.10.2020 16:12:34 | Автор: admin
Есть одна проблема, которую я пытаюсь решить уже несколько лет. Как быть, если хочется носить Raspberry Pi на шее, на шнурке, но при этом не хотелось бы, тоже на шее, носить громоздкий аккумулятор? Сначала я подумал, что можно прикрепить USB-кабель питания к шнурку, но чтобы это сделать, потребовалось бы слишком много возни. Тогда у меня появилась идея: А что если USB-кабель сам будет шнурком?. Сегодня я расскажу о том, что получилось из этой идеи.


USB-кабель в роли шнурка

Я делаю USB-кабели, помещённые внутрь паракорда. Это и заставило меня задуматься о том, чтобы изготовить USB-кабель, который будет играть роль шнурка, надеваемого на шею. Мне надо было лишь спроектировать кое-какие крепёжные элементы, которые будут напечатаны на 3D-принтере.

Шнурок, который я сделал, разделён на две части. Одна часть шнурка это обычный кусок паракорда, на каждом конце которого завязаны узлы. Этот кусок паракорда идёт от крепления, расположенного за шеей, к Raspberry Pi. Вторая часть шнурка это USB-кабель, помещённый внутрь паракорда. Один его конец подключается к Raspberry Pi, а второй, через то же крепление за шеей, которое используется для фиксации обычного паракорда и USB-кабеля, идёт в карман, где лежит аккумулятор.

Мне, чтобы реализовать этот проект, нужны были два крепёжных элемента.

Первый это тот, который позволил бы соединить паракорд и кабель у Raspberry Pi.


Крепёжный элемент у Raspbery Pi

Второй это тот, который скреплял бы паракорд и кабель за шеей.


Крепёжный элемент, находящийся за шеей

И мне, кроме того, надо было сделать крепление, с помощью которого шнурок можно было бы соединить с Raspberry Pi. Я собирался подвесить к этому шнурку Raspberry Pi с закреплённым на плате экраном размером 3,5 дюйма. Мне, чтобы собрать такую конструкцию, когда экран находится над платой, понадобилось спроектировать стойки, которые я собирался напечатать на 3D-принтере. Один комплект стоек размещался в нижней части устройства.


Первый комплект стоек, расположенных между платой и экраном около GPIO-разъёма

Второй комплект стоек должен был располагаться в верхней части готовой конструкции. Мне, чтобы достичь желаемого, надо было лишь сделать перемычку между двумя верхними стойками и предусмотреть на перемычке ушко, к которому можно было бы прикрепить шнурок.


Готовое устройство, вид сзади


Стойки с перемычкой и ушком

Крепления, связывающие паракорд и USB-кабель, я сделал разборными. Они состоят из двух частей, соединяемых с помощью винтов M3. Я использовал именно такую конструкцию из-за простоты её проектирования. Элементы креплений являются зеркальными отражениями друг друга. В каждой из половинок креплений имеются половинки отверстия для кабеля и шнура. Это должно было упростить сборку.


Крепёжный элемент, соединяющий паракорд и USB-кабель за шеей

USB-кабель фиксируется внутри крепёжного элемента кабельной стяжкой. Это позволяет, при необходимости, без особых проблем переделать шнурок. Половинки крепёжных элементов соединены лишь одним винтом. Поэтому я, чтобы они не крутились, сделал так, чтобы они входили бы друг в друга.


Крепёжный элемент, скрепляющий паракорд и кабель у Raspberry Pi

Для того чтобы подвесить Raspberry Pi на шнурке я воспользовался небольшим алюминиевым карабином. Такой карабин можно напечатать на 3D-принтере, но мне хотелось использовать в этом проекте что-нибудь понадёжнее. К тому же, стоят такие карабины совсем недорого.


Карабин



USB-шнурок в деле

Здесь можно найти модели для 3D-печати.

Хотелось ли вам когда-нибудь носить Raspberry Pi или нечто подобное на шее?



Подробнее..

Flipper Zero прогресс за сентябрь

11.10.2020 22:19:02 | Автор: admin

Flipper Zero проект карманного мультитула для хакеров в формфакторе тамагочи, который я разрабатываю с друзьями. Предыдущие посты [1],[2],[3],[4],[5]

В этом выпуске: Системное API, Набор для разработчиков, Улучшения в механике и электронике, Обновления в GPIO, Новая функция в NFC, Удаленный тестовый стенд.

В сентябре мы почти ничего не писали о проекте, и сейчас пришло время объяснить, почему. Мы приостановили всю маркетинговую деятельность, чтобы сосредоточиться на разработке и других задачах: контракты на поставку и производство, юридические вопросы, поиск новых сотрудников и многое другое. Все это отнимало силы настолько, что у нас даже не было времени опубликовать обновление. Теперь мы готовы поделиться с вами новостями.


Системное API




За этот месяц мы разработали архитектуру прошивки и системные API-интерфейсы, абстракции для взаимодействия с железом, управление потоками и многозадачность. Это работа под капотом, которую мы не показываем, но это важная часть разработки.

Наша главная цель при разработке прошивки сделать ее максимально удобной и понятной для разработчиков, чтобы они могли легко писать свои программы для Flipper Zero. Поэтому после завершения кампании мы выбросили весь грязный код и начали разработку архитектуры с нуля.



За это время мы активно работали над внутренностями: писали бутлоадер, рефакторили код операционной системы, писали драйвера периферии, проектировали API пользовательских приложений. Также рефакторинг затронул систему сборки и зависимостей, переработан код пользовательского интерфейса. Наиболее важные изменения произошли в стеке нашей разработки: мы обновили используемый CMSIS RTOS до второй версии и привели наш код к использованию единого API. Новый API пользовательских приложений сделал большой шаг в сторону беты и мы надеемся открыть его публично в ближайшем будущем.

Улучшения механики и электроники



Новые комплектующие и дизайн корпуса

Корпус сильно изменился по сравнению с первым прототипом. Мы полностью переработали расположение кнопок и компонентов внутри, чтобы Флиппер не разваливался, был прочным и мог выдерживать интенсивное использование.

Мы перенесли модули RFID и NFC на отдельную плату под аккумулятором. Она подключена к материнской плате кабелями FPC.

Новый кнопочный механизм



Новые подпружиненные кнопки

Добавили пружины в джойстик для лучшего тактильного отклика.

Your browser does not support HTML5 video.

Как проходят тесты механики кнопок

Сменный аккумулятор




Несъемные аккумуляторы это бич современных устройств. Мы решили не использовать запаянную батарею и взяли батарею с трехконтактным разъемом, чтобы пользователи могли заменять её самостоятельно. Для большей ремонтопригодности мы планируем продавать отдельные компоненты Флиппера, в том числе и батарею, прямо на сайте.

InfraRed переместился на угол




После некоторых тестов мы обнаружили, что предыдущее размещение ИК-порта было не очень удобным: он перекрывался указательным пальцем и внешним модулем. В итоге было решено передвинуть его на угол.

Больше GPIO



Переделали распиновку GPIO. Добавилось ещё два контакта GND их много не бывает.

Новая фича: USB NFC Reader




Ресурсоемкие задачи вроде криптографических атак нельзя выполнить напрямую на Флиппере. Для некоторых недостаточно даже Raspberry Pi нужен полноценный мощный десктопный процессор. Например:

  • Атаки на Mifare classic: mfoc (nested), mfcuk (Dark Side)
  • Атака на Mifare Plus: Hard Nested


Мы решили добавить возможность использовать Флиппер в качестве обычного USB NFC-адаптера вместе с библиотекой LibNFC. В итоге все существующие программы, работающие через LibNFC, будут работать сразу из коробки без модификаций. В этом режиме все команды с ПК будут проксироваться непосредственно на NFC-чип ST25R3916 через USB-интерфейс.

Главная проблема этой задачи в том, что библиотека LibNFC жестко прибита гвоздями к чипам NXP PN5xx, и в новом драйвере придется по сути эмулировать поведение чипа PN53ххх, но это не так страшно.

Flipper Zero Девкит




Для разработчиков, которые работают над прошивкой и железом, мы сделали специальный девкит. По сути это обычный Флиппер с развернутыми платами в пластиковой оснастке, чтобы все компоненты были легко доступны снизу и сверху, и легко можно было подлезть щупами к каждому элементу.

Flipper Lab



За кулисами Flipper Lab

Пока пишется код, его нужно постоянно тестировать. Задача усложняется тем, что тесты нужно выполнять на реальном железе и взаимодействовать с реальным миром. Для этого был сделан удаленный тестовый стенд, который интегрируется с CI-скриптами через GitHub Workflow. При каждом коммите в прошивку она автоматически собирается и заливается в девайс, после чего выполняются тесты, результаты которых выплевываются в UART: так можно понять какие тесты завершились успешно. Пока это работает криво, но в дальнейшем так мы будем проверять все функции: принимать/отправлять радио, считывать/записывать NFC карты, передавать/принимать ИК-сигнал и т.д.

Это такой же dev kit для разработчиков. Физические кнопки подключены через реле, что позволяет управлять ими удаленно. Изображение с экрана снимается камерой и транслируется на сайте в режиме реального времени. Через веб-морду можно залить прошивку вручную и потыкать на кнопки, если даже у разработчика нет устройства под рукой.


Макет интерфейса испытательного удаленного стенда Flipper Zero

Flipper Lab в настоящее время находится в альфа-стадии разработки, но позже мы откроем ее публично, чтобы любой разработчик мог:

  • Загрузить собственную прошивку или плагин на живой образец Flipper Zero
  • Просматривать логи в режиме реального времени и даже отправлять UART-сообщения на Flipper
  • Нажимать все кнопки удаленно
  • Тестировать периферийные устройства с помощью, например, физических карт RFID и тегов iButton


Live-апдейты в Discord




На нашем Discord-сервере мы добавили прямую трансляцию обновлений внутри проекта. Вы можете узнать, как идут дела у разработчиков, в режиме реального времени с новым каналом #updates, где видно коммиты, попадающие в репозиторий.

Сейчас на сервере более 6 тысяч участников!

Присоединяйтесь к нашему серверу Discord, чтобы:


  • Общаться с нашими инженерами и бэкерами
  • Следить за ходом разработки в реальном времени с каналом #updates
  • Обсуждать варианты использования Flipper Zero
  • Познакомиться с тысячами гиков
  • Получить доступ к секретному каналу только для бэкеров (свяжитесь с @Backers Bot в личных сообщениях, чтобы получить роль)


Алло, мы ищем таланты!





Ранее мы запустили программу Flipper Developer Program и получили около тысячи откликов. Нескольких разработчиков мы пригласили в полузакрытый репозиторий с прошивкой.

К сожалению, мы поняли, что горизонтальная модель управления нам не подходит, потому что большинство разработчиков, не работающих фулл-тайм, уделяют время проекту, только когда у них есть вдохновение и желание. Таким процессом сложно управлять и прогнозировать результат во времени. Поэтому сейчас мы нанимаем только разработчиков в штат на фулл-тайм. Возможно, когда основная часть низкоуровневого кода будет готова и мы откроем репозиторий, принимать вклад от сообщества будет проще.

Все открытые вакансии мы публикуем здесь: flipperdevices.com/jobs

Подробнее..

Отечественный микроконтроллер К1986ВК025 на базе процессорного ядра RISC-V для приборов учета электроэнергии

21.10.2020 12:13:27 | Автор: admin
Добро пожаловать в эпоху RISC-V!

Решения на базе открытого стандарта системы команд RISC-V всё чаще появляются на рынке. Уже в серийном производстве микроконтроллеры от китайских коллег, интересные решения предлагает Microchip с FPGA на борту. Растет экосистема ПО и средств разработки для данной архитектуры. Кажущиеся ранее непоколебимыми лидеры все чаще встречаются в объявлениях о перепродаже, а молодые стартапы привлекают многомиллионные инвестиции. Компания Миландр так же ввязалась в эту гонку и сегодня начала поставку заинтересованным предприятиям инженерных образцов своего нового микроконтроллера К1986ВК025 на базе процессорного ядра RISC-V для приборов учета электроэнергии. В общем картинки, характеристики и прочая информация, а также немного хайпа под катом.



Что такое RISC-V? Слава великому Хабру и его пользователям, которые уже написали много статей по данной теме, и избавили меня от этой участи. Посмотрите RISC-V с нуля. Так же можно ознакомиться с уже серийными изделиями от GigaDevice. А также с критикой и описанием недостатков RISC-V архитектуры со стороны сотрудников ARM.

Микроконтроллер К1986ВК025 на базе ядра RISC-V это второе поколение Миландровских микроконтроллеров для счетчиков электроэнергии. Первое поколение микросхемы К1986ВК2x разработаны на базе процессорного ядра ARM Cortex-M0 и выпускаются уже более 5 лет. На их основе сейчас выпускаются счетчики Милур.

Но время не стоит на месте и новые правила рынка диктуют новые требования к микросхемам. Нужно сделать больше функций новые требования по минимальному функционалу приборов учета. Нужно попасть в требуемую цену, так как конкурировать придется с монстрами типа TI и NXP. Также, если вы следите за этим направлением, то знаете, что новые интеллектуальные счетчики электроэнергии могут отключать электричество ограничивать потребление электроэнергии. А это значит новая система должна обеспечивать и информационную безопасность, чтобы злоумышленники не могли отключить или наоборот включить электричество по своему усмотрению. Все это привело к появлению новой микросхемы К1986ВК025, о которой сейчас и расскажем.

1. Основные характеристики К1986ВК025



Процессорное ядро RISC-V (BМ-310S CloudBEAR)
Тактовая частота 60 МГц
Напряжение питания (основное) 2,2...3,6В
Напряжение питания (АЦП) 3,0...3,6В
Напряжение питание (батарейное) 1,8...3,6В
Объем памяти программ Flash 256+8 Кбайт
Объем памяти ОЗУ 112 Кбайт
Объем однократно-программируемой ПЗУ 16 Кбайт
Метрологический измерительный АЦП сигма-дельта 24 бита, 7 каналов
Аппаратный блок вычисления показаний потребляемой энергии
Инструментальный АЦП 10 бит с датчиком температуры
Интерфейсы 5xUART, 3xSPI, 1хI2C
Число пользовательских выводов 55
Батарейный домен объемом 512 байт с часами реального времени и детектором фиксации проникновения
4 блока 32-разрядных таймеров с 4 каналами захвата событий и ШИМ
Сторожевой таймер
Блок подсчета CRC с изменяемым полиномом
Блок поддержки вычисления симметричных криптографических алгоритмов
Блок генератора случайных чисел
Блок детектора изменения тактовой частоты
Блок детектора изменения напряжения питания (основного и батарейного)
Блок оптического детектора
Блок генерации шума в цепи питания
Защитная экранная сетка
Интерфейс отладки JTAG
Тип корпуса QFN88 (10 х 10 мм)
Рабочая температура от минус 50С до +85С

Структурная схема
image

2. Процессорное ядро


Как уже было отмечено, сердцем микросхемы является 32 битное процессорное ядро RISC-V (в конфигурации RV32IMC) с обозначением BM-310, которое было разработано нашими хорошими друзьями из компании CloudBEAR. Это не единственное их процессорное ядро. Ребята предлагают целую линейку ядер, начиная от небольших микроконтроллерных ядер и заканчивая высокопроизводительными 64 битными многопроцессорными кластерами.



Компания Миландр ведет разработку новых продуктов на базе ядер из всех весовых категорий портфолио CloudBEAR. В кремнии сейчас доступны только К1986ВК025 на базе ядра BM-310. Но и другие продукты, в том числе на базе 64 битных ядер скоро увидят свет. Ядро BM-310 это 32 битное RISC-V ядро с трехстадийным конвейером, с возможностью выполнения операции умножения за два такта. Поддержка операций с плавающей запятой в данной версии микросхемы не была реализована (хотя ядро позволяет это реализовать). Производительность ядра BM-310 на тесте CoreMark составляет 3,0 CoreMark/МГц. Таким образом его можно сравнить с ARM Cortex-M3. При этом ядро в новой микросхеме занимает всего 0,3 мм2. А с учетом того, что большинство задач по вычислению параметров потребления электроэнергии выполняются аппаратно контроллером метрологического АЦП, то основная вычислительная мощность ядра может использоваться для коммуникационных задач в приборе учета.

3. Цена


Цена один из основных критериев для микросхемы. Основной вклад в стоимость микросхемы вносит кристалл. Чем больше его площадь тем дороже, чем более сложная технология изготовления тем он тоже дороже. Но при этом, чем более сложная технология, тем на меньшей площади можно реализовать требуемый функционал, а значит будет дешевле. В общем выбор технологии не всегда очевиден. Микросхемы первого поколения К1986ВК2x были разработаны на 180 нм. Примерно треть кристалла относилось к аналоговой части (собственно сами сигма-дельта АЦП, питание, IO) и при переходе на более тонкие процессы эта часть практически не уменьшается. Но в соответствии с новыми требованиям объем функционала должен быть увеличен практически в 4 раза. В новой микросхеме реализовано 256 Кбайт Flash против 64К, ОЗУ 112Кбайт против 16К, 5 блоков UART против 2, 3 блока SPI против 1 и еще криптография В общем, после долгих прикидок и расчетов было принято решение, что если уделить особое внимание площади, то на технологии 90 нм можно попасть в требуемый коридор стоимости, на технологиях 65 нм или ниже было бы легче, но бОльшие затраты на разработку в целом сделали бы проект более рискованным по финансам.

В результате мы получили действительно компактный кристалл, который по площади более чем в 2 раза меньше предыдущего. И хотя изначально были и более амбициозные планы уменьшить кристалл до 8 мм2, полученный результат тоже очень хорош. Именно из-за амбиций форма кристалла получилась прямоугольной, а не квадратной. Верхняя часть кристалла отдана под аналоговые блоки, и ее топологию прорисовывали отдельно под изначально планируемые размеры, а когда стало понятно, что цифра не влезет, то кристалл стал расти в прямоугольник. Та же картина была и с микросхемами первого поколения. Постоянство признак мастерства.

4. Метрологический АЦП


Если процессорное ядро это сердце микроконтроллера, то метрологическое АЦП это его мозг, так как именно он определяет предназначение микросхемы. В микроконтроллере реализован блок из 7 каналов 24 битных АЦП. Все каналы разбиты на три пары F0-F2 (канал напряжения и канал тока) для 3-х фазной сети и еще одного независимого канала тока (отнесен к F0). Каждый из 7 каналов оцифровывает входной сигнал с выходной частотой отсчетов до 16 кГц. Кроме этого, в каждой паре каналов F0-F2 реализована возможность рассчитывать среднеквадратические значения тока/напряжения, вычислять активную и реактивную мощности, вычислять потребленную активную и реактивную энергию, частоту сигнала в каналах напряжения, превышение пикового значения, падение сигнала ниже установленного уровня. Эти дополнительные блоки позволяют снизить нагрузку на процессор, что в свою очередь снижает потребляемую мощность всего кристалла. Так же каждый АЦП имеет независимый канал DMA, обеспечивая возможность сохранения данных в ОЗУ без участия процессора.

Список основных параметров и возможностей блока сигма-дельта АЦП:
7 независимых АЦП с выходной частотой отсчетов 4/8/16 кГц (4 канала тока и 3 канала напряжения). Эти каналы образуют 3 блока для измерения параметров каждой фазы F0-F2.
В блоке каналов F0 реализуем автоматический выбор канала тока (который имеет максимальное значение) для последующих расчетов мощностных характеристик. Если разница токов превышает 6%, то формируется прерывание. Кроме этой функции в остальном блоки F0-F2 идентичны.
Все каналы АЦП имеют независимые калибровочные коэффициенты наклона характеристики.
Каждый канал тока имеет независимый интегратор.
В каждом блоке АЦП (F0-F2) независимо рассчитывается период сигнала по каналу напряжения. Количество периодов, в течение которого рассчитывается эта величина, можно задавать равным 1/2/4/8/16/32/64/128 периодам.
В каждом блоке есть проверка на пропадание периодического сигнала в канале напряжения.
В каждом блоке проверяется просадка напряжения ниже заданного уровня, а также превышения сигнала в каналах тока и напряжения установленного лимита.
Есть возможность скорректировать фазы сигналов в каналах напряжения с точностью до 0,02%.
Вычисляются среднеквадратические, квадрат среднеквадратических значений токов и напряжений, а также их независимая калибровка.
При вычислении активной и реактивной энергии значение накопленной энергии в течение периода сохраняется в отдельных регистрах (для положительной и отрицательной энергии).
Вычисляются полная мощность и полная энергия.
Вычисляется сдвиг фаз по отношению к фазе 0.

Таким образом, основные функции по расчету потребленной энергии выполняются с минимальным участием процессора.

5. Информационная безопасность


Как уже было отмечено ранее новые интеллектуальные счетчики электроэнергии должны уметь отключать потребителя от сети по соответствующей команде. Так же передача показаний потребленной энергии осуществляется автоматически по различным каналам связи. А это значит что вопросы информационной безопасности будут стоять особенно остро. В Постановление Правительства РФ от 19.06.2020 N 890 "О порядке предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической энергии (мощности)" (вместе с Правилами предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической энергии (мощности)) сформулированы минимальные функциональные требования для приборов учета электроэнергии. Но в части информационной безопасности они пока не сформулированы (ожидаются до конца 2020 года). Поэтому при разработке микросхемы мы опирались на требования ФСБ к средствам криптографической зашиты информации для некорректируемых регистраторов (СКЗИ НР). Реализованный функционал на наш взгляд избыточен, а если где-то и что-то и не предусмотрели, то можно реализовать это программно. Но в любом случае в части обеспечения специальных требований микросхема находится на уровне карточных и паспортных чипов. Поэтому в данной микросхеме реализуются все требования необходимые для бытовых электросчетчиков как в части собственно задач измерения,, она может найти свое применение и в других областях тахографах, электронных пломбах, идентификации и аутентификации элементов IoT. Всю спецуху в микросхеме можно разделить на две части криптография и инженерная защита.

5.1. Криптография


На микросхеме реализовано всё для защиты информации по ГОСТ Р 58940-2020 (СПОДЭС), в том числе:
Блоки сопроцессоров для поддержки блочных шифров Кузнечик, Магма и AES;
Блок генератора случайных чисел;
Блок вычисления CRC по произвольному полиному;
Блок специальной энергозависимой памяти ключевой информации с батарейным питанием
Однократно программируемая ПЗУ первоначального загрузчика, в которой реализуется уникальная идентификация каждой микросхемы.
Симметричная криптография реализуется на базе сопроцессоров, которые ускоряет самые тяжёлые операции. Это позволяет получить скорость шифрования с пиковой производительностью до 10 Мбит/с. При необходимости алгоритмы ассиметричной криптографии реализуется программным путем. В общем про идентификацию, аутентификацию шифрование, обновление прошивок нужно писать отдельную статью, что и сделаем потом.

5.2. Инженерная защита


Для затруднения различных инженерных методов воздействия как на сам счетчик электроэнергии, так и на отдельно микросхему реализованы специальные методы инженерной защиты:
3 вывода для детекторов проникновения (электронные пломбы)
Блок детектора изменения тактовой частоты
Блок детектора изменения напряжения питания
Блок оптического детектора
Блок генерации шума в цепи питания
Защитная экранная сетка
Защита от несанкционированного считывания памяти

Выводы для детекторов проникновения это три отдельных вывода микроконтроллера через которые фиксируются сигналы от внешних электронных пломб, даже в случае отсутствия питания. Таким образом, какие-либо попытки механического воздействия на счетчик будут обнаружены и зафиксированы. Кроме механизмов защиты корпуса прибора реализуется методы защиты уже самой микросхемы от более изощренных атак.
Для исключения ситуации с разгоном или наоборот торможением тактовой частоты процессора реализован детектор изменения частоты, который непрерывно сравнивает внешний источник тактирования с внутренним RC генератором. И при возникновении отклонений выходящих за заданные границы фиксирует это событие или может переключить микросхему на внутренний (реализован на кристалле) аварийный источник тактирования. Гличивание сигнала тактирования парируется системой фильтрации входного сигнала. Для корректного запуска микросхем по включению основного питания, а так же обнаружения факта выхода питания из допустимых диапазонов реализован блок детектора напряжения. Также блок обеспечивает контроль уровня заряда батарейки, на которой работает микросхема при отсутствии основного питания. Таким образом исключаются какие-либо манипуляции или попытки сбить работу микросхемы через питающие напряжения. Для исключения утечки ключевой информации по паразитным каналам, например цепям питания (подробнее можно почитать тут ) в микросхеме реализован блок зашумления основного питания с помощью псевдослучайного генератора. Блок формирует случайным образом изменяемое дополнительное потребление, маскируя основной профиль потребления. Для противодействия более серьезным полу-инвазивным и инвазивным атакам (атака на микросхему когда есть доступ к кристаллу микросхемы или даже отдельным цепям кристалла) реализован оптический детектор. Так как обычно кристалл микросхемы в корпусе, то доступ света к нему невозможен. Если же корпус микросхемы вскрыт и на кристалл попадает свет, то оптический датчик сформирует сигнал тревоги. Если же злоумышленник прошел еще дальше, то для ограничения доступа к внутренним цепям микросхемы в верхних слоях топологии кристалла реализована защитная стека, в которой перемежаются цепи земли, питания и информационная цепь, по которой передается случайный полином. Кстати именно по этому в верхних картинках приведен рисунок топологии из САПР, а не реальная фотография кристалла.
Так как реальная фотография кристалла выглядит вот так.



Или чуть поближе



Для сравнения как защитная сетка выглядит в чипе для карточек от ST (серия ST23).


В случае физического нарушения целостности сетки так же формируется сигнал тревоги. Программное обеспечение должно контролировать все сигналы тревоги и в случае их возникновения фиксировать факт атаки. Так же микросхемы может быть настроена так, что бы криптографическая ключевая информация была автоматически стерта, при обнаружении фактов атаки. Все это требует обеспечения доверенности ПО. Для пользовательской программы в микросхеме реализовано 16 Кбайт однократно программируемой ПЗУ (по принципу анти-фьюз) и 256+8 Кбайт перепрограммируемой Flash. Запуск микросхемы происходить из встроенной однократно программируемой памяти. Изначально при изготовлении микросхем, данная память чистая, и для серийный изделий загрузка стартового доверенного загрузчика будет происходит при тестировании и отбраковке. Это позволяет обеспечить уникальную идентификацию каждой микросхемы, гарантировать целостность метрологического и криптографического ПО и являющаяся корнем доверия для пользовательской программы. А так же при необходимости обеспечить защиту от считывания пользовательской программы во Flash. На время исследования для инженерных образцов в стартовую память записан типовой загрузчик для серии 1986ВЕ. При необходимости может быть выпущена отдельная партия микросхем с стартовым загрузчиком адаптированым под задачи потребителя.

6. Средства разработки и документация


Предварительный вариант спецификации доступен по ссылке.

Для первоначального знакомства с микроконтроллером разработана демонстрационная плата. image

Это плата предназначена для прототипирования приборов учета, большое число ВЧ разъемов предназначено для подключения измерительных трансформаторов. Это позволяет не завязываться на какой-то конкретный их тип, и легко подключить именно те трансформаторы или шунты, которые применяют разработчики приборов учета. Так же это позволяет подключить различные измерительные приборы для снятия точностных характеристик АЦП. Кроме того отсутствие высокого напряжения (220В) на плате снимает с нас ответственность, если кого то стукнет. Для более массового продвижения микросхемы ведется разработка миниатюрной тестовой платы в формате arduino uno или mega.

6.1. Eclipse+GCC


Разработка программ может осуществляться в среде на базе Eclipce с компилятором GCC и отладкой через OpenOCD, GDB. Для отладки в среде Eclipse подходят классические отладчики J-Link и их клоны. Так же подходят отладчики производства компании Миландр.

6.2. IAR


Так же разработку можно осуществлять в более привычной для многих среде IAR Embedded Workbench, которая включает средства отладки, компиляции и оптимизации. Для отладки используются либо фирменный шнурок I-JET for RISC-V, либо если заказать Evaluation Kit for RISC-V, то вместе с ним вы получите I-jet Lite debug probe (который поддерживает в том числе и ARM), а так же 30 дневную лицензию на саму среду.

Более подробную информацию по настройке и запуску сред IAR и Eclipse для работы с микроконтроллером К1986ВК025 можно найти тут.

7. Что нужно для получения образцов


Это посылочки, тем кто ждет эти микросхемы, а так же тем, кто наоборот


Если вы хотите получить образцы и платы для ознакомления, то необходимо обратиться в отдел маркетинга Миландра. В приоритете, конечно фирмы из электроэнергетического сектора, но в любом случае попытаемся всем помочь. После проведения всего комплекса испытания серийный выпуск микроконтроллеров будет запущен в 21 году, так же данная микросхема будет включена в реестр продукции соответствующей 719 Постановлению Правительства.

Заключение


Вчерашние смелые идеи уже сегодня воплощаются в технических решениях и становятся нормой жизни. Мир, в котором мы с Вами живем, не позволяет стоять на месте. Появление описанной выше микросхемы имеет огромное значение для всего сообщества RISC-V. Я поздравляю всех, кто причастен к разработке данной микросхемы с ее рождением. А так же, надеюсь, что потребители (разработчики приборов учета) воспримут ее положительно, и невзирая на скепсис по отношению к отечественным микросхемам, я уверен мы можем конкурировать с иностранными компаниями.

Добро пожаловать в эпоху RISC-V!
Подробнее..

Что такое ШИМ и почему мерцает OLED? РАЗБОР

08.10.2020 16:23:54 | Автор: admin
ШИМ, все вокруг говорят про ШИМ. Ну фиг знает я его не вижу. Что хотите сказать, если понижу яркость дисплея, это как-то будет меня утомлять? Кажется тут есть в чём разобраться!

Сегодня мы объясним как на самом деле работает ШИМ. Узнаем сколько FPS видит человек, а сколько муха. Проведём тесты ШИМ на осциллографе.И, конечно, расскажем как избавиться от ШИМа на Samsung и на iPhone.



OLED дисплеи фактически во всём превзошли IPS. Но некоторые люди просто физически не могут пользоваться OLED, ведь они чувствуют усталость глаз, сухость и даже головные боли.

Почему так? Дело в том, что в отличие от большинства IPS-экранов большинство OLED-матриц мерцают. Примерно как дешевые люминесцентные лампы. И это не очень хорошо сказывается на зрении.

Но стоп! Лично у меня нет никаких проблем с OLED-дисплеями, да и мои друзья ходят с OLED и не жалуются.

Действительно, по статистике большинство (примерно 90%) людей не ощущают мерцания OLED-дисплеев. Мы даже провели опрос:Устают ли у Вас глаза от OLED дисплеев? Устают ли у вас глаза от IPS дисплеев? Иполучили вот такие результаты: примерно четверть 27% сообщила, что у них глаза устают. Меньшинство, но всё же четверть!

Тем не менее есть люди, которые не просто чувствуют ШИМ, но даже отчетливо его видят. Как так получается?

ШИМ в кинопроекторах




Чтобы ответить на этот вопрос давайте поговорим про кино. В старых кинопроекторах, в которых еще были бобины с плёнкой, крутили кино со скоростью 24 кадра в секунду.

Так вот, для того чтобы при смене кадров изображение не смазывалось и вы не видели момент перемотки пленки, в этот момент поток света перекрывался. Это приводило к адскому мерцанию, так как изображение постоянно обрывал черный кадр.

Так как ускорить процесс смены кадров не было технической возможности киноделы придумали другой хак. Они стали перекрывать изображение дважды: не только во время смены кадра, но и когда на экране отображался статический кадр.Ммм. И какой в этом смысл?

Такое чередование изображения и дополнительных черных кадров позволяло искусственно увеличить частоту мерцания до 58 раз в секунду. Чего было достаточно, чтобы обмануть мозг. Видя постоянно мелькающую картинку, мозг просто отключает восприятия мерцания и мы видим плавную картинку.Кстати в немом кино, где использовалась частота 16 К/с, вообще перекрывали 3 раза и получилось мерцание 48 раз в секунду.

Сколько мы видим кадров?




Этот невероятный эффект человеческого зрения называется порогом слияния мерцаний и этот порог равен 60 Гц. Это значит, всё что мерцает чаще чем 60 раз в секунду человек будет воспринимать как непрерывное изображение.

Кстати, у собак и кошек этот порог выше в районе 70-80 Гц, а у мух так вообще 250-300 Гц.



Что же это получается, игровые мониторы 144 Гц и выше это всё маркетинг? Нет, 60 кадров в секунду это минимальный порог, при котором человек перестает видеть мерцание.
А люди с натренированным зрением, например, пилоты истребителей на тестированиях различают кадры, появившиеся на 4 мс. Что соответствует 250 кадрам в секунду. К хардкорным геймерам это тоже относится.

На самом деле есть исследования, где люди смогли различить и 480 к/с и даже больше в некоторых условиях.

Но в целом если верить ГОСТАм:Пульсация освещенности свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность.ГОСТ Р 54945-2012

Зачем нужен ШИМ?


Итак, со зрением разобрались. Но зачем вообще мерцают OLED-дисплеи и на какой частоте?

Сначала ответим на вопрос Зачем?

Существует два способа регулировки яркости дисплея:

Первый и самый очевидный способ, при помощи понижения напряжения. Чем меньше мы подаем энергии на дисплей, тем меньше он светится.

Именно так регулируется яркость в большинстве IPS-дисплеев в наших смартфонах, ноутбуках и мониторах.



Но почему бы на OLED-дисплеях не делать также? На самом деле можно, и так даже делали раньше. Например в смартфоне LG G Flex 2 использовался именно такой подход. Но есть проблема! На OLED-дисплеях при уменьшении напряжения сильно страдает картинка. Возникает так называемый мура-эффект, более известный как эффект наждачной бумаги. Мы подробно рассказывали об этом в материале про OLED.



Поэтому чтобы избежать такой деградации изображения используется второй подход: регулировка яркости при помощи мерцания или ШИМ. ШИМ это широтно-импульсная модуляция, или PWM по-английски.Это буквально значит регулировка ширины, ну или длительности, импульса.

Так, стоп, что еще за импульс? Дело в том, что напряжение в дисплеях, использующих ШИМ, не постоянное, а прерывистое. Оно подаётся при помощи вот таких всплесков или импульсов.



Количество импульсов в секунду называется частотой и измеряется в Гц. А время, которое занимает каждый цикл пульсации, называется периодом.

К примеру, возьмем частоту 250 Гц, в этом случае период будет 4 мс. Частота и период это фиксированные значения, и с изменением яркости дисплея они не меняются. А вот ширина каждого импульса это как раз то, что мы можем регулировать. Это значение называется рабочим циклом, и он выражается в процентах.



Если рабочий цикл 100%, импульс будет длиться 100% своего периода, то есть 4 мс. Это соответствует 100% яркости дисплея. Если мы сократим ширину импульса до 50% или 2 мс, воспринимаемая яркость дисплея также упадет до 50%.А на яркости 1% фактически 99% будет отображаться просто черный экран, но наше зрение это интерпретирует как просто очень тусклую картинку. Получается, чем меньше яркость дисплея, тем более выражен эффект мерцания. И тем это вреднее для глаз.

Частота ШИМ в разных дисплеях


На самом деле ШИМ используется не только в OLED-дисплеях, но и в IPS. Но в отличие от OLED в IPS-экранах используют очень высокую частоту мерцания, свыше 2000 Гц. Естественно, столь быстрое мерцание не сможет заметить ни человек, ни муха. А значит и глазки уставать не будут.

Например, у Xiaomi Redmi Note 7 2336 Гц, а уrealme 6 Pro 2336 Гц.

А какая частота ШИМ в OLED?


Тут всё зависит от конкретной модели, но есть определенные закономерности. Во-первых, желательно чтобы частота ШИМ была кратной частоте обновления дисплея. Потому на 60 Гц или 120 Гц дисплеях, как правило частота ШИМ 240 Гц, а на 90 Гц дисплеях 360 Гц.

Мы решили убедиться в этом самостоятельно и отправились в Санкт-Петербург. Там ребята из компании ЛЛС подготовили для нас осциллограф с высокоскоростным фотодетектором.

Так мы проверили на ШИМ на iPhone 11 Pro и Pixel 4.

Тесты показали, что iPhone 11 Pro, вопреки общему мнению, немного мерцает даже на максимальной яркости, с частотой 240 Гц. При снижении яркости до 50%, мерцание становится менее выраженным, а значит до этого момента на iPhoneиспользуется уменьшение напряжения.Ну а дальше в бой вступает ШИМ. На осциллографе очень хорошо видно, как при снижении яркости уменьшается ширина импульса, а значит увеличивается мерцание.

В Pixel 4 вплоть до 70% яркости мы не обнаружили ШИМа совсем, видно только обновление экрана 90 Гц. А дальше начинается ШИМ с частотой 360 Гц. Но так как частота обновления экрана в Pixel 4 после 40% падает до 60 Гц, видно как каждыйчетвёртый импульс немного скачет. Это потому что частота обновления не совпадает с частотой модуляции.

Посмотреть частоту ШИМ в других моделях можно на портале notebookcheck.net.Впрочем, некоторые измерения там выглядят сомнительно. Либо на нашем родном IXBT.com, там всё ок с тестами.
  • Galaxy S20 242.7 Гц
  • Galaxy S20 Ultra 240.4 Гц
  • Google Pixel 2 245.1 Гц
  • Google Pixel 2 XL 242.7 Гц
  • Google Pixel 3a 271.1 Гц
  • Google Pixel 3a XL 242.7 Гц
  • Google Pixel 4 367.6 Гц
  • Google Pixel 4 XL 367.6 Гц
  • Huawei P30 240.4 Гц
  • Huawei P30 Pro 231.5 Гц
  • Huawei P40 245 Гц
  • Huawei P40 Pro 365 Гц
  • iPhone 11 Pro 290.7 Гц
  • iPhone 11 Pro Max 245.1 Гц
  • iPhone XS 240.4 Гц
  • iPhone XS Max 240.4 Гц
  • OnePlus 5T 242.7 Гц
  • OnePlus 6T 240 Гц
  • OnePlus 7 200 Гц
  • OnePlus 7 Pro 122 Гц
  • OnePlus 7T Pro 294 Гц
  • OnePlus 8 Pro 258 Гц
  • Samsung Galaxy A50 119 Гц
  • Samsung Galaxy A51 242.7 Гц
  • Samsung Galaxy A71 247.5 Гц
  • Samsung Galaxy S10e 232 Гц
  • Xiaomi Mi 10 362.3 Гц
  • Xiaomi Mi 8 238 Гц
  • Xiaomi Mi 8 Explorer Edition 100 Гц

OnePlus 7 Pro:



Samsung Galaxy A50:



На самом деле, частоту мерцания OLED-дисплеев можно увеличить, пусть не до 2000 Гц, но хотя бы до 500 Гц. Кстати, именно такая частота ШИМ была в древнем Windows Phone Lumia 950. Но это удорожает производство, а так как страдающих людей мало, производители воровать у себя из кармана не готовы.



Кстати, практически все современные LCD-телевизоры тоже ШИМят на частоте 240 Гц. И в теликах этот эффект даже более заметен, чем в телефонах.

Разве что SONY не поскупились установить в свои LCD модели контроллеры управления яркостью либо совсем без мерцания, либо с мерцанием на частоте 720 Гц.

Как проверить ШИМ самому?


Но как проверить ШИМ на вашем телефоне, ноутбуке или телевизоре самостоятельно? Если у вас нет под рукой осциллографа с высокоскоростным кремниевым фотодетектором.

На самом деле очень просто! Вам нужно снять экран экран на видео в замедленной съемке 240 к/с или больше. Сейчас почти любой телефон так может. Если на всех значениях яркости вы не увидите мерцания в виде перемещающихся полос. Значит ШИМа нет.

Что такое DC Dimming?


Тем не менее проблема есть и первой её осознал Xiaomi, представив функцию DC Dimming в Black Shark 2 Pro. Эта тема настолько хорошо зашла, что очень быстро подсуетились OnePlus, OPPO и Huawei. И начиная с прошлого года во всех флагманах точно есть DC Dimming.

Само название расшифровывается как Direct Current Dimming, что переводится как затемнение постоянным током. Иными словами в этом случае яркость регулируется как и положено снижением напряжения.

СТОП! Но также нельзя! Картинка же убьется!На самое деле, так нельзя было делать раньше, потому как качество OLED-дисплеев оставляло желать лучшего. Но теперь всё иначе.

Уже давно многие производители стали использовать гибридный способ регулировки яркости. Например на iPhone до 50% яркости используется снижение напряжения, и только потом включается ШИМ.А телефоны с функцией DC Dimming пошли дальше и стали регулировать яркость исключительно снижением напряжения.

Да, включив DC Dimming на низких яркостях могут немного поплыть цвета и появиться шум. Но это совсем не критично.

И тесты показывают, что функция реально работает. Хотя колебания яркости и не сглаживаются полностью, всё равно такой подход позволяет многократно снизить нагрузку на наши с вами глаза.

По нашим замерам на Xiaomi Mi 10 ШИМ с включенным DC Dimming исчезает полностью! А значит ваши глазки смогут отдохнуть.




Убираем ШИМ для всех


Но что делать, если вам DC Dimming не завезли? Например у вас Samsung, который ШИМит даже на 100% яркости, или iPhone который начинает ШИМить на 50%?

На самом деле решение есть и оно программное.Имя ему экранные фильтры!

Android.Например, на любой Android можно поставить программу OLED Saver. Она умеет накладывать полупрозрачный серый фильтр поверх всего изображения. Регулируя прозрачность фильтра, регулируется яркость. Это программа умеет имитировать функциюавтояркости. Можно довольно быстро из шторки регулировать прозрачность фильтра и настроить автозапуск после перезагрузки.

Не могу сказать что это очень удобно. Но может быть очень полезно, если любите позалипать в телефон перед сном в темноте.

iPhone.А на iPhone вообще есть специальный режим встроенный в систему. Он называется понижение точки белого и прячется в разделе Универсальный Доступ. Путь такой: Настройки > Универсальный доступ > Дисплей и размер текста > Понижение точки белого

А чтобы постоянно не лезть в настройки можно назначить включение режима на тройное нажатие кнопки питания с помощью такого пути:Настройки > Универсальный доступ > Быстрая команда.

В iOS 14 можно даже назначить тоже самое на постукивание по задней крышке. Но я бы не рекомендовал так делать, будут ложные срабатывания.

Ну и напоследок можно вынести ярлык с этой функцией в пункт управления. Для этого идём в Настройки > Пункт управления и перетаскиваем иконку Команды для универсального доступа.

Итоги




Что в итоге? ШИМ, конечно, зло. Хоть я его и не вижу, и мои глаза не устают, эта шутка всё равно напрягает мозг. А с возрастом может появиться и усталость глаз.

С другой стороны, благодаря ШИМ вообще стал возможен прогресс в развитии технологии OLED. Если б его не было сидели бы мы IPS и о всех прелестях классных OLED-дисплеев даже бы и не знали.

Очень надеемся, что DC Dimming станет стандартом и мы забудем о ШИМ в смартфонах и телевизорах точно также, как забыли о нём в настольных мониторах с появлением Flicker Free мониторов от BenQ. Это, кстати, та же самая технология что и DC Dimming.

В основу ролика легла статья с портала deep-review.com и материал Олега Афонина для журнала Хакер. Ребята проделали отличную работу, а мы продолжаем их дело.

Спасибо компании ЛЛС за оборудование и теплый приём в Питере! Очень приятно вместе с вами делать крутой науч-поп контент.На этом сегодня всё!
Подробнее..

MIDI2USB музыка нас связала

09.10.2020 22:10:21 | Автор: admin
Российско-китайско-американский конвертер MIDI в USB.Рис.1 Российско-китайско-американский конвертер MIDI в USB. Фото автора.

Люди любят музыку. Многие умеют играть на музыкальных инструментах. А некоторые пробуют импровизировать и даже сочинять музыку. Электронные музыкальные инструменты можно подключать к компьютеру и получать дополнительные творческие возможности. Это вроде бы простое дело, но большинство дешёвых китайских адаптеров USB-MIDI работают посредственно. Кому интересно, как я сделал свой MIDI2USB-адаптер, приглашаю читать

Постановка задачи


Пару лет назад мой племянник, который учится музыке, начал импровизировать и сочинять музыку. Мне хотелось, чтобы его творчество не пропало, но записывать его музыкальные этюды удавалось только на диктофон. Качество такой записи было неудовлетворительным. Хотелось осуществлять запись нот напрямую в Cubase или MuseScore, а затем их редактировать. Для этого я решил купить китайский адаптер (конвертер) USB-в-MIDI.
Анекдот в тему
Отец ведёт сына в первый класс и говорит:
Вот если будешь хорошо учиться, я тебе куплю компьютер!
Пап, а если плохо?
Тогда куплю фортепьяно!

Такой кабель-адаптер стоит дёшево и, как оказалось, работает плохо. Передача данных от синтезатора (электрического пианино) в компьютер не работает. Если играть одним пальцем, то несколько нот удаётся записать, а когда берёшь аккорд или играешь гаммы, то адаптер зависает и превращается в кирпич. Другое направление, т.е. передача данных из компьютера в синтезатор работает хорошо. В отзывах многих покупателей можно найти подобные истории.

Способы доработки китайского адаптера


В интернете есть немало дискуссий как улучшить или доработать китайский адаптер. В некоторых версиях этого адаптера предусмотрен, но не распаян оптрон, который обеспечивает гальваническую развязку компьютера и синтезатора. Увы, в моём случае доработка была затруднительна, т.к. вместо оптрона установлены два NPN-транзистора. Отмечу, что MIDI-стандарт прямо указывает использовать оптоизолятор, например, PC900V или 6N138. Схожими характеристикам обладают оптопары H11L1M (DIP-8) или H11L1SM (SO-6). Можно использовать и другие компоненты с подходящими параметрами.

Китайский адаптер в процессе демонтажа
Рис.2. Китайский адаптер в процессе демонтажа. Фото автора.

На фото видно, что в корпусе достаточно места чтобы разместить оптоизолятор и сопутствующие элементы. Некоторые умельцы выпаивают имеющиеся компоненты и на их место устанавливают оптоизолятор с обвесом. Очевидно, что для этой операции требуются не только знания, но и хорошая моторика рук.

Но недостаточно обеспечить оптическую изоляцию музыкального инструмента и компьютера. Требуется ещё точный кварцевый генератор или резонатор, чтобы обеспечить тактирование последовательного интерфейса UART в соответствии со стандартом MIDI. В китайском адаптере, который я купил, отсутствует не только оптопара, но и кварцевый резонатор. Конечно, существуют микросхемы, в которых блоки тактирования калибруются на заводе, но тут ничего подобного нет. В общем, работоспособность этого китайского изделия низкая. Существуют адаптеры, построенные на микросхеме CH345 преобразователе USB в MIDI в корпусе SSOP-20, но это не мой случай. Микросхема CH345 имеет аппаратные USB-метки Vendor ID: 1a86, Product ID:752d. Впрочем, любая левая микросхема может выдавать (и выдаёт) такие же идентификаторы и даже может притвориться чем угодно.

Последний небольшой недостаток, который я выявил в китайском адаптере это программное обеспечение (прошивка). Если говорить точнее это малый размер буфера для конечных точек (EndPoints), всего по 8 байт. Этого достаточно для передачи нажатых нот, потому что MIDI-сообщение по USB интерфейсу состоит из 4 байт (номер кабеля, номер команды и 2 байта данных). А вот всякие расширения, например SysEx, могут быть большего размера.

Через некоторое время я купил другой кабель-адаптер, который носил громкое название Professional USB MIDI Interface. Этот адаптер стоил существенно дороже и работал значительно лучше, но всё равно с ошибками. Проявлялось это в том, что спустя несколько минут игры на синтезаторе, он вдруг начинал пропускать нажатия клавиши или наоборот не воспринимал отпускание клавиши. Я был разочарован результатами работы китайских адаптеров я и решил последовать совету: Если хочешь сделать что-то хорошо, то сделай это сам.

Аппаратная часть


Сначала надо было продумать схему будущего устройства и изучить опыт других инженеров. Имеющийся адаптер внешне выглядел очень хорошо, поэтому я решил использовать от него корпус, светодиоды и экранированные кабели. Тем более, что в Москве MIDI-кабели стоят дороже, чем готовый китайский адаптер. Китайскую плату я вытащил, измерил её габариты и стал изучать MIDI-стандарт и удачные MIDI-проекты в открытом доступе.

Рис.3 Адаптер USB-MIDI в корпусе и с кабелями.

На момент написания этой статьи мне известны несколько интересных проектов:
  1. Схема из документации на чип CH345 фирмы Nanjing Qinheng Microelectronics.
  2. Старые проекты на микроконтроллерах Atmega с программной реализацией протокола USB. В них используется режим Low Speed, который устарел и не поддерживается в Windows 7.
  3. Библиотека MIDIUSB для плат семейства Arduino с аппаратной поддержкой USB-интерфейса (Atmega32u4, Cortex-M), а также Maple и т.д.

Электрические принципиальные схемы во всех проектах содержат много типовых фрагментов, основанных на рекомендациях стандарта MIDI. Поэтому оставалось выбрать микроконтроллер с поддержкой USB режима Full Speed, найти в продаже оптрон PC900V и розетку DIN-5 (MIDI).

Сердцем моего MIDI2USB адаптера стал 8-битный микроконтроллер EFM8UB20F64G фирмы Silicon Laboratories. Мне он очень нравится, и я использую его везде, где могу. Этот контроллер является преемником (после ребрендинга) контроллера С8051F380, который пришёл на смену легендарному C8051F320 удачной разработке фирмы Cygnal, которую в 2003 купила SiLabs.

Перечислю свои аргументы в пользу микроконтроллера EFM8UB20F64:
  • удобство разработки ПО, которое выражается в наличии быстрых и простых в использовании GPIO, SPI, UART, USB, PCA;
  • улучшенное 8051-ядро (1-2 такта на команду, 48MIPS), изменение частоты на лету;
  • встроенный регулятор напряжения, толерантность выводов к +5В, ток до 100 мА;
  • встроенный точный тактовый генератор с калибровкой от USB-хоста ( 0.25%);
  • наличие библиотек USBXpress, VCPXpress, USB Device API и примеры для быстрого старта;
  • чистая errata.

Программировать этот контроллер приятно, т.к. регистров мало и можно сосредоточиться на решении прикладной задачи. Увы, арифметические операции (особенно 32-битные) выполняются медленно, но в остальном EFM8 хорош. Разработка программного обеспечения для USB-устройств это не простая задача. И тут есть главное преимущество контроллеров SiLabs это библиотеки USBXpress, VCPXpress, USB Device API. Даже фирма Texas Instruments в своих платах SmartRF использует контроллеры C8051F320.

Оптрон это второй по важности компонент в адаптере. Я решил взять Sharp PC900V, потому что именно он указан в рекомендуемой схеме MIDI-спецификации. Особенность этого оптрона быстрые времена включения и выключения (1мкс и 2мкс), а также наличие цифрового выхода. Но есть и недостатки большие размеры микросхемы (7х10мм) и выгорание на 50% через 5 лет эксплуатации. Габариты оптрона не позволили разметить все компоненты на одной стороне платы. Ещё мне не хотелось отказываться от разъёма MIDI, который занимал много места.
Задняя сторона платы с оптроном и светодиодами.
Рис.4 Задняя сторона платы с оптроном PC900V и светодиодами. Фото автора.

Выходной каскад собран по рекомендованной стандартом схеме на логической микросхеме 74LVC2G04, состоящей из двух инверторов. Основная цель этого компонента преобразование уровней логических сигналов из 3В => 5В и обеспечение выходного тока не менее 10 mA.

Ещё анекдот
На конкурсе песни выступает чукча:
-Увезу тебя я в тундру, зелёный, увезу к седым снегам, белой шкурою медвежьей, красный, брошу их к твоим ногам
И так всю песню. Председатель жюри спрашивает:
А почему у вас в песне слова какие-то странные?
Цветомузыка, однако!

Остальные компоненты выполняют вспомогательные функции и не оказывают существенного влияния на работу устройства. Резисторы, конденсаторы, диоды и светодиоды могут быть заменены в разумных пределах. Вместо разъёма mini-USB можно поставить micro-USB или сделать штыревой разъём под пайку кабеля, как делают китайцы. Разъём MIDI занимает много места и в корпус не помещается, поэтому он используется только в версии адаптера без корпуса. Сигналы MIDI-IN и MIDI-OUT выведены на штыревой разъём для распайки кабеля. В общем, следовало бы скорректировать расположение светодиодов и разъёмов для их оптимального расположения в корпусе.

Рис.5 Отладочная и коробочная версии адаптера MIDI2USB. Фото автора.

Общий ток потребления не превышает 50 mA. Он складывается из следующих частей:
  • микроконтроллер, 15mA;
  • три светодиода, 15mA (3х5mA);
  • микросхема 74LVC2G04, 10 mA;
  • оптрон PC900V, 10 mA.

Двухслойная печатная плата была изготовлена американцами в OSH Park, толщина 1.6мм, медь 0.035мм, материал FR-4.

Программная часть


Создание программного обеспечения для оборудования важный и ответственный этап разработки. К счастью, во всех современных операционных системах есть драйверы для MIDI устройств, подключаемых к порту USB. Задача сокращается и требуется написать только прошивку (firmware) для адаптера.

Обычно я использую Keil uVision PK51 совместно с Configuration Wizard 2, иногда IAR Embedded Workbench, и совсем редко SiLabs Simplicity Studio. Каждая среда имеет достоинства и недостатки. В этом проекте я решил использовать IAR, потому что хотелось иметь С с классами. Кроме того, компилятор IAR предоставляет доступ ко всем битам системных регистров. Например, P2_bit.B0 = 1; или PCA0MD_bit.WDTE = 0;
Нет необходимости использовать магические константы или многоэтажные битовые выражения, которыми пестрят CMSIS или SI_EFM8UB2_Register_Enums.h. Увы, весь этот функционал объявлен в файле ioEFM8UB20F64G.h, который оказался не совместим с библиотеками si_toolchain.h (например, макрос B0..B3). Переводить проект в Keil uVision PK51 я не стал, а просто писал совместимый код на С для всех сред разработки.

Код проекта разделён на несколько функциональных частей.


  1. В файле main.c находится точка входа, объявления глобальных переменных, вызов инициализация периферии и главный цикл программы.
  2. В файл init.c содержит настройку тактирования, портов, UART и его прерываний.
  3. В файле descriptors.c можно найти USB-дескрипторы для устройства типа Audio Class.
  4. В файле midi.c находятся две функции для преобразования MIDI-сообщений в USB-события и обратно. Используется автомат состояний.
  5. Файл usbconfig.h содержит макросы и определения (#define) для настройки режимов работы библиотеки USB Device API.

Посмотрим на функцию main() с настройкой портов, периферии и главным циклом.
int main( void ){WDT_Init();                             // Disable WDTimer (not used)PORT_Init();                            // Initialize ports (UART, LEDs)SYSCLK_Init();                          // Set system clock to 48MHzUART0_Init();                           // Initialize UART0 @31250, 8-N-1USBD_Init( &usbInitStruct );            // Initialize USB, clock calibrateLED_IN  = 1;                            // Blink LEDLED_OUT = 1;                            // Blink LEDIE_EA   = 1;                            // Global enable IRQwhile(1){//--- MIDI => USBif( nMidiCount > 0 ){IE_EA  = 0;                     // Begin: Critical sectionif( USB_STATUS_OK==USBD_Write(EP1IN,aMidiBuffer,nMidiCount,false) ){nMidiCount = 0;             // Reset MIDI data byte counter}IE_EA  = 1;                     // End of: Critical sectionLED_IN = 0;                     // Turn off input LED}//--- USB => MIDIif( nUsbCount ){uint8_t i;LED_OUT = 1;                    // Turn on Led on New packetfor(i = 0; i < nUsbCount; i++)  // Process every data byte{USB2MIDI( aUsbBuffer[i] );  // Convert USB packet into MIDI}nUsbCount = 0;                  // Reset counterUSBD_Read(EP2OUT, aUsbBuffer, sizeof(aUsbBuffer), true);LED_OUT = 0;                    // Turn off Led, when done}}}


Библиотека фирмы SiLabs для USB-устройств состоит из набора подпрограмм, которые компилируются и включаются в проект в зависимости от настроек в файле usbconfig.h. Это очень напоминает библиотеку libusb, V-USB, которую можно встретить в коде для микроконтроллеров фирмы Atmel (ныне Microchip). Надо отметить, что у SiLabs получилась хорошая и удобная библиотека с точки зрения программиста.

Важную роль в работе любого USB-устройства играют описатели (дескрипторы) устройства, конфигурации и интерфейсов. С помощью этих дескрипторов устройство сообщает хосту (компьютеру) о своих требованиях, возможностях, параметрах и т.д. Функция обработки запросов дескрипторов обычно имеется в каждой USB-библиотеке, а от программиста требуется лишь правильно заполнить структуры данных, содержащих эти дескрипторы.
Код с дескрипторами
SI_SEGMENT_VARIABLE(usbDeviceDesc[], const USB_DeviceDescriptor_TypeDef, SI_SEG_CODE) ={USB_DEVICE_DESCSIZE,               // bLength, 18 bytesUSB_DEVICE_DESCRIPTOR,             // bDescriptorType, 1htole16(0x0110),                   // bcdUSB Ver, 1.100x00,                              // bDeviceClass, 0 for Audio0x00,                              // bDeviceSubClass, 0 for Audio0x00,                              // bDeviceProtocol, 0 for AudioSLAB_USB_EP1IN_MAX_PACKET_SIZE,    // bMaxPacketSize0, 64 byteshtole16(0x1209),                   // idVendor, Free GPL (SiLabs 0x10C4)htole16(0x7522),                   // idProducthtole16(0x0100),                   // bcdDevice, 1.000x01,                              // iManufacturer string0x02,                              // iProduct string0x03,                              // iSerialNumber (no serial string)0x01                               // bNumConfigurations};


Обо всех дескрипторах, топологии и терминологии подробно и детально написано в стандарте Universal Serial Bus Device Class Definition for MIDI Devices. А для быстрого старта и погружения в тему достаточно изучить информацию, которую предоставляют программы usbview.exe из пакета Windows Driver Kit 7600 или USB Descriptor Dumper. Кое-что можно даже скопировать к себе в программу.

Рис.6 Информация о дескрипторах в программе usbview.exe

Дескрипторы и соответствующие массивы и структуры размещается во флэш-памяти микроконтроллера (сегмент кода), потому что эти данные не изменяются (константы). Хранение констант во флэш-памяти типичный программистский приём, который позволяет экономить оперативную память.

Следует обратить внимание на поля Vendor_ID и Product_ID в структуре описателя устройства. Это пара чисел для уникальной идентификации USB-устройства. Чтобы получить для своего устройства такой номер надо заплатить денег организации USB-IF или направить запрос владельцу существующего Vendor_ID (производителю микроконтроллеров) и получить Product_ID. А можно, например, как китайцы использовать чужие наиболее подходящие VID & PID. Для открытых проектов есть вариант получить бесплатно Product_ID.

Ещё один момент, на который следует обратить внимание при разработке USB-устройств звукового класса MIDI Streaming это разъёмы (Jack). Разъёмы это воображаемые (виртуальные) сущности для описания топологии и связей между устройством и хостом. Они бывают входные (In Jack) и выходные (Out Jack), внутренние (Embedded) и внешние (External). У каждого разъёма есть уникальный идентификатор Jack_Id (число от 0 до 15). Выходные разъёмы содержат номер источника Source Id, т.е. номер разъёма для подключения. Наконец, поверх образованных каналов (потоков ввода и вывода) работают звуковые конечные точки (audio end-point, EP). Это почти обычные Bulk EP, у которых в дескрипторах есть информация о привязке к разъёму.
Embedded and External Jacks
Рис. 7 Разъёмы Jacks и виртуальные потоки в USB (класс MIDI).

Обмен данными в звуковом USB-устройстве класса MIDI заключается в передаче 32-битных пакетов (USB-MIDI Event Packet). Из MIDI-устройства приходят сообщения длиной 1, 2 или 3 байта. При передаче по USB к этим байтам добавляется головной байт с номером кабеля и кодом команды. Если пакет получается менее 4 байт, то он дополняется 0. В текущей версии прошивки я не заполняю нулями до 32-битной границы. Это работает. Вопрос остаётся открытым.
Например, в кабеле 1 команда нажатия клавиши Note On (время передачи 960us) преобразуется в следующий пакет:
MIDI: 0x90 0x60 0x7f => USB: 0x19 0x90 0x60 0x7f

USB-MIDI Event Packet
Рис.8 Схема пакета USB-MIDI Event Packet из USB спецификации.
typedef union{struct PACKET{uint8_t  cable : 4;            // Cable Number (we use #0)uint8_t  cin   : 4;            // Code Index Number (cmd: 0x08)uint8_t  cmd;                  // MIDI command (status byte)uint8_t  data1;                // MIDI data byte #1uint8_t  data2;                // MIDI data byte #2};uint8_t buffer[sizeof(struct PACKET)];} MIDI_EVENT_PACKET;


Прямое и обратное преобразование выполняются функциями MIDI2USB(uint8_t dataByte) и USB2MIDI (uint8_t dataIn). В этих функциях применён автомат состояний, когда по мере поступления входных данных функция переходит из состояния ожидания (IDLE) в состояние приёма команд (STATUS), а затем в состояние приёма данных (DATA), и, наконец, отправка данных с возвратом в исходное состояние ожидания.

В MIDI-протоколе байты данных в сущности являются 7-битными (0..127). У них всегда старший 8-ой бит установлен в 0. Команды (байты статуса) наоборот всегда идут с установленным старшим битом в 1, т.е. имеют значения от 128 до 255.
Types of MIDI bytes
Рис. 9 Типы байтов в MIDI-протоколе.
Анекдот про разрядность чисел
Телефонный звонок:
Алло, это квартира Сидорова Ивана Петровича?
Hет, это квартира Каца Абрама Самуиловича.
Извините, это 11-22-33?
Hет, это 11-22-34.
Hадо же! В шестом знаке ошибка, а такой эффект!


Все схемы и исходные тексты, а также готовая прошивка находятся у меня в git-хранилише. Лицензия MIT.

Программное обеспечение


После монтажа платы следует запрограммировать микроконтроллер. Для этого можно использовать или фирменный/клон SiLabs C2 Debug Adapter, или J-Link v10+ (с поддержкой EFM8), или прошитый на заводе bootloader (ревизия Rev-B), или, наконец, Arduino с соответствующим скриптом. Для проверки и отладки MIDI-сообщений очень помогает программа MIDI-OX.
MIDI-OX
Рис.10 Интерфейс программы MIDI-OX.

Если работать с Cubase, то следует установить Asio-драйверы, потому что при использовании DirectSound и DirectInput наблюдается задержка между нажатием клавиши и воспроизведением ноты. Задержка не связана с аппаратной частью и является особенностью реализации ОС. В общем, устройство отлично выполняет свои функции с инструментом Casio CDP-100.
Cubase MIDI Configuration
Рис.11 Интерфейс программы Cubase 5.

Экспериментальные прошивки генерировали максимально возможный поток нот и других MIDI-команд. Какофония была ужасная, но всё работало, как задумано. А с помощью MuseScore 3.2 можно записывать и воспроизводить mid-файлы.
Анекдот последний
1990-е. Братва празднует новый год в ресторане. Из музыки только караоке. Все недоволны. Братки отлавливают администратора:
Слушай, подгони музыкантов!
Да, вы что! Новый год все заняты!
Ты не понял! Быстро музыкантов!
Ну есть у меня одна группа. Играют крутой джаз!
Давай! Крутой джаз нам подходит!
Приезжают джазмены. Распаковываются и начинают играть. Одну, пьесу, другую, третью В зале становится тихо. Братки шепчутся, трезвеют. Один из братков подходит к сцене и спрашивает:
Что, пацаны, не получается?


Результаты работы


Адаптер работает! Кажется, мне удалось сделать добротный конвертер MIDI в USB. Для своего устройства я использовал корпус, некоторые детали и кабели от китайского адаптера. Mini-USB разъём оказался глубоко в корпусе и пришлось переделывать USB-кабель и поработать напильником. Светодиоды хотя и под углом, но плотно вошли в отверстия. Требуется доработка платы под китайский корпус.
Mini-USB cable
Рис. 12. Компактная разобранная вилка mini-USB.

Решение применить 8-битный микроконтроллер EFM8UB20 кому-то может показаться спорным. Конечно, есть и другие варианты и контроллеры. Альтернативный путь это выбрать сугубо аппаратное решение на преобразователе CH345 и сделать устройство по рекомендованной китайцами референс-схеме. Но мой вариант универсальный, т.к. позволяет изменить прошивку, добавить нужный функционал или исправить найденные ошибки. В конце концов я получил знания, опыт и моральное удовлетворение от законченного проекта. И, наконец, я дописал статью, а вы её дочитали.

Полезные ссылки



Спасибо за внимание.
Подробнее..

Гибрид компьютера и IP-телефона. Анатомия аппаратной платформы GM-Box. Часть 2 разработка

16.10.2020 16:14:58 | Автор: admin

Продолжаю делиться историей разработки аппаратной платформы GM-Box G1. В предыдущей статье я рассказал о первых шагах на пути создания продукта - прототипировании для проверки продуктовых гипотез. Этот этап позволил сформулировать требования к серийному изделию.

Сейчас речь пойдет о непростом пути от технического задания до решений промышленного дизайна и запуска серийного производства в России. Снова будет много технических деталей, фотографий и моих откровений инженера.

Запуск разработки серийного продукта

Наступил долгожданный момент, когда после множества презентаций мы получили инвестиции и начали подготовку к разработке серийной версии нашего продукта. GM-Box стал превращаться, конечно не из гадкого утенка в прекрасного лебедя, но из прототипа во вполне симпатичное и рабочее серийное изделие. Собранные на этапе прототипирования инсайты и знания о нашем продукте мы оформили в виде технического задания (ТЗ). Формат выбрали в международной нотации - Product Requirement Document (PRD), потому что готовились к общению с иностранными подрядчиками.

Без ТЗ получается ХЗБез ТЗ получается ХЗ

Перед нами стояли следующие задачи:

  • промышленный дизайн;

  • разработка конструкции корпуса и молдинга для литья пластика;

  • разработка схемотехники и трассировка печатных плат;

  • разработка Firmware, системного, прикладного и серверного программного обеспечения;

  • организация цепочки и снабжения компонентами, в том числе серийного литья пластика;

  • сборка и тестирование печатных плат;

  • узловая сборка, заливка софта, испытания (приемочные, приемо-сдаточные и т. д.);

  • организация ремонта, технического обслуживания и поддержки;

  • организация логистики (в т. ч. международной);

  • управление качеством;

И, конечно же, мы бились над извечной дилеммой делать всю разработку самим (In House Design - IHD) или заказать на стороне (Original Design and Manufacturing - ODM). Выполнение всех задач внутри требовало немаленькой команды профи разных направлений, а еще много специального оборудования и софта. Это недоступная роскошь для стартапа, и мы решили скомбинировать IHD и ODM. Вот какими были наши ключевые требования к потенциальным партнерам:

  • опыт разработки x86 платформ на современных SoC, включая BIOS и EC;

  • опыт разработки продуктов сегментов: планшеты, телефоны;

  • опыт разработки сложных пластиковых корпусов;

  • высокий уровень качества продукции, услуг;

  • опыт организации и сопровождения крупносерийного производства собственных продуктов.

Изучив рынки России и Беларуси, мы с удивлением осознали, что не можем найти компанию, соответствующую всем нашим ожиданиям. Тогда, хоть и с тревогой, но мы приняли решение ехать в более дальнее зарубежье в поисках партнера. Шел 2017 год Мы нашли азиатскую ODM компанию с нужным нам технологическим стеком, опытом и хорошим качеством. В итоге разделение между нами и ODM перечисленных выше задачах получилось такое: 60% (мы) на 40% (ODM). Работа закипела, и мы начали готовить требования к внешнему виду изделия.

Промышленный дизайн

Нам предстояло описать, как наше устройство будет выглядеть внешне, со стороны пользователя, взаимодействовать с ним и окружающим пространством, интерьером корпоративного офиса или его рабочего места дома в случае удаленки. Функциональные и нефункциональные, технические требования, определяющие форму и содержание, были собраны в ТЗ, их было достаточно много. Одним из ключевых требований было обеспечить удобную и стильную реализацию синергии в продукте смартфона и GM-Box.

Наш дизайнер Михаил, зарядившись ТЗ, идеями и инсайтами команды, с учетом опыта, полученного на прототипах, принялся за работу, а мы стали ждать от него волшебства. Сначала, как и на этапе прототипирования, появились черновые наброски скетчи:

Скетчи на бумагеСкетчи на бумагеСкетчи на доске для рисованияСкетчи на доске для рисования

Дальше перешли к 3D моделированию в Autodesk Inventor. Было безумно много вариантов дизайна на разный вкус и цвет.

Коллаж рендеров концепта GM-Box G1Коллаж рендеров концепта GM-Box G1

Внутри команды мы периодически проводили презентации очередной версии дизайна. Обсуждали решения, предлагали изменения, спорили и, конечно же, даже ругались (какой стартап без ссор?), но всегда договаривались.

Презентация одной из последних версий дизайнаПрезентация одной из последних версий дизайна

В итоге родился промышленный дизайн будущего серийного продукта.

Рендер финального дизайна GM-Box G1Рендер финального дизайна GM-Box G1

Корпус, механика

Мы глубоко проработали дизайн и даже элементы внутренней механики, но все это нужно было связать с начинкой нашего изделия электроникой и обеспечить технологичность при серийном производстве. На базе 3D модели нашего дизайна и требований ТЗ наш ODM партнер начал проработку конструкции. Моделирование делали в Pro Engineer и присылали нам презентации с картинками и вопросами. В ответ мы моделировали в Autodesk Inventor и отправляли им свои идеи. Начитавшись про методологии разработки известных мировых брендов, мы погрузились в длительный итерационный процесс создания MDP (Minimum Desirable Product), сохраняя 3 его точки опоры:

  • гештальт продукта;

  • дизайн;

  • качество.

Инженерная работа над 3D моделью GM-Box G1Инженерная работа над 3D моделью GM-Box G1

Расскажу коротко о самых сложных узлах, попивших у нас крови.

Раскладная опора (нога)

Мы искали решение, которое обеспечит складывание ноги в транспортном режиме. При этом в разложенном состоянии нога должна слегка фиксироваться, предотвращая складывание ноги при работе с устройством. А еще нужно чтобы петля занимала мало места и была недорогой.

Вентиляционная решетка

Необходимо было продумать такую защитную крышку, которая обеспечит эффективный отвод тепла от внутренней электроники, совместив это с размещением там же динамиков. При этом это должна сохраниться дизайнерская мысль и технологичность производства.

Интерфейс подключения смартфона

Необходимо было обеспечить разъемное соединение смартфона с Gm-Box. При этом, реализовать возможность подключения любого смартфона, удобство пользователя и высокую надежность узла.

Конечно, были непростые задачи и с другими частями конструкции. Вот самые запомнившиеся элементы:

  • система охлаждения;

  • клавиатура;

  • трубка;

  • держатель кабелей;

  • внешние микрофоны;

  • слот батарейки часов реального времени;

  • собираемость изделия.

Финалом работы над корпусом стали:

  • подробная 3D модель GM-Box;

  • Mockup образец (неработающий опытный образец).

Целью изготовления Mockup образцов было подтвердить соответствие дизайна, 3D модели и материалов ожиданиям заказчика (нас) и пользователей. Технологически процесс их изготовления состоял из операций:

  • 3D печать;

  • фрезеровка напечатанной заготовки;

  • ручная доработка: снятие заусенцев, ошкуривание, шлифование;

  • покраска;

  • финальная сборка и "доработка напильником".

Mockup образец GM-Box G1Mockup образец GM-Box G1

Что-то пошло не так

Пока мы не ушли далеко от разработки корпуса, расскажу о сложностях, с которыми мы столкнулись на этом этапе, и как мы с этим справились. Получив на руки Mockup образцы, мы стали оценивать его реальный дизайн, а не рендеринг. Разница между картинкой и физическим объектом значительная и именно поэтому изготовление и анализ Mockup так важен для получения качественного продукта. Нас не устраивал дизайн клавиатуры и трубки, с точки зрения их визуального восприятия. Получилось не то. И мы решили переработать эти узлы.

Образец - Mockup2Образец - Mockup2

В поисках нашего гештальта для MDP (писал об этом выше) мы потратили 4 месяца на дизайн и дополнительное прототипирование:

  • искали альтернативные варианты дизайна клавиатуры и трубки;

  • прототипировали;

  • обсуждали;

  • вносили изменения в дизайн изделия и его 3D модель;

  • вносили изменения в 3D модель конструкции.

Варианты нового дизайна клавиатуры Варианты нового дизайна клавиатуры Прототипы клавиатурыПрототипы клавиатурыФинальная версия дизайнаФинальная версия дизайна

Электроника

Параллельно с созданием корпуса мы начали разработку электроники. Нам предстояло решить следующие задачи:

  • разработка архитектуры;

  • выбор элементной базы;

  • компоновка печатных плат и устройства;

  • расчет себестоимости, оптимизация;

  • Design For Manufacturing (DFM) анализ и доработка;

  • наладка (брингап) электроники.

Этапы разработки электронной части в связке с корпусом\механикой и софтом у нас получились такие:

  • Mockup прототип, пустышка, полноразмерный неработающий образец;

  • EVT инженерные образцы, частично работающие, позволяющие отлаживать софт;

  • DVT полнофункциональные опытные образцы с косяками;

  • DVT2 - полнофункциональные опытные образцы без косяков;

  • PVT образцы, собранные на конвейере по серийной технологии;

  • MP серийные изделия.

Очень похоже на наш отечественный процесс разработки по ГОСТ 15: ЭП, ТП, РКД, постановка на производство.

Отрисовку схемотехники и топологию печатных плат выполнял ODM партнер. Использовали Cadence ORCAD. Буквально через 3 недели после готовности топологии появились первые образцы системных плат, и мы поехали их брингапить в Азию.

Один из первых запусков электроникиОдин из первых запусков электроникиРабота программистов в командировке над bring up электроникиРабота программистов в командировке над bring up электроники

Сначала железо запускали и тестировали на Win10, т. к. много готовых утилит, примеров, референсов для наладки. После того как железо ожило на Win10 мы перешли к проверке и доработке на Linux Ubuntu. Это был итерационный процесс поузловой наладки и доработки BIOS и программы EC контроллера. Больше всего досталось нашим программистам, т. к. железо без софта не работает, а софт у нас на Linux Ubuntu и заточен под особенности продукта. Пришлось сильно попотеть в раскуривании работы чипов и общей логики работы устройства и отдельных узлов. Ну и конечно перед нами стояла задача финальной валидации работоспособности продукта на этом этапе разработки (EVT).

Снаружи GM-BOX все просто, а под капотом много интересных штук:

Это настоящий компьютер!Это настоящий компьютер!

Программное обеспечение

Железо без софта безжизненный организм, хотя мне больше по вкусу вот такая визуализация архитектуры программного обеспечения:

Архитектура нашего программного обеспечения GM SMART SYSTEMАрхитектура нашего программного обеспечения GM SMART SYSTEM

Если серьезно, то наш софт это достаточно сложный набор компонентов:

  • Firmware;

  • системное ПО;

  • серверное ПО;

  • мобильное ПО.

У каждого компонента свое предназначение, история разработки, набор применяемых технологий, интересных фич. Поэтому про каждый элемент в отдельности мы расскажем в наших следующих статьях.

Вкратце расскажу сейчас только про устройство Firmware, как крайне важный компонент для оживления электроники. Это даст более цельное понимание устройства нашей аппаратной платформы.

Firmware GM-Box G1 состоит из:

  • BIOS (Basic Input Output System) обязательная часть х86 платформ;

  • EC (Embedded Controller) система управления аппаратной инфраструктурой (питание, сброс, периферия).

BIOS для x86 платформ на рынке предлагают несколько вендоров: AMI, Insyde и т.д. У каждого такого продукта есть свои преимущества и недостатки. Сделать оптимальный выбор и разработать BIOS под нашу аппаратную платформу нам помог наш ODM партнер с учетом: своего опыта, наличия лицензий, исходников и тулчейна для разработки. Итого, мы получили рабочий BIOS, исходники и тулчейн для возможности модификации.

EC контроллер аппаратно реализован на чипе IT8987. Это интегрированное решение для управления инфраструктурой простеньких ПК. Внутри ядро классического микроконтроллера х8051. Программа для EC тоже разрабатывалась ODM, но мы потом кое-что дописали сами. Итого, мы получили рабочую прошивку EC, исходники и тулчейн для возможности модификации.

Упаковка

С дизайном GM-Box мы успешно справились и настал черед сделать красивую упаковку. С одной стороны, это продукт для B2B и B2G рынков, а значит коробку, скорее всего, выбросят сразу после приобретения, и нет необходимости заморачиваться над дизайном. С другой стороны, учитывая специфику нашего продукта, важно было обеспечить безопасную транспортировку и сохранить его презентабельный вид. К тому же мы выходили на рынок с новым продуктом, поэтому упаковка выполняла еще и задачу презентации устройства показать, что внутри высокотехнологичный, качественный продукт. Так что мы продумывали все до мелочей.

Наша упаковка должна решать следующие задачи:

  • защита изделия от повреждения во время транспортировки и хранения;

  • удобное паллетирование и одиночное хранение;

  • удобное размещение компонентов изделия для легкого доступа к ним пользователя;

  • понятный процесс подготовки и включения изделия;

  • дополнение образа качественного, инновационного продукта.

Мы снова воодушевились, взяли для примера лучшие бренды электроники и получилось вот такое решение:

3D рендер пользовательской упаковки3D рендер пользовательской упаковки

Коробка выполнена из гофрокартона с нанесением цвета и дополнительной графики.

Нас очень сильно беспокоило транспортирование кабеля телефонной трубки. Он спиральный и легко деформируется. Мы не хотели, чтобы пользователь брал в руки изуродованный кабель. В жизни это выглядит так:

Ожидание - реальностьОжидание - реальность

Решение нашлось, в виде специальной коробки с ложементом для кабеля:

Ложемент кабеля телефонной трубкиЛожемент кабеля телефонной трубки

В реальном производстве коробки выглядят также хорошо, но технологичность получилась не идеальная. Мы уже переработали конструкцию упаковки и ждем, когда она пойдет в серию.

Заключение

Успешное прохождение этапа прототипирования не означает, что при разработке серийного продукта все будет гладко. Неожиданности поджидают на каждом шаге разработки, к этому нужно быть готовым морально и технически. Самое важное в успешном преодолении этих трудностей командная работа, вовлеченность (даже увлеченность) каждого члена команды и фокусирование на поиске лучшего решения для продукта. Тщательная подготовка к предстоящему этапу работ и формализация требований помогают подстелить соломку и снизить риски неудач.

В следующей публикации я расскажу об этапах тестирования и постановки на производство. Снова будет много технических деталей и фотографий.

Полезные ссылки

1. В чем разница MVP и MDP?

2. От дизайна до производства: Как обеспечивается качество продуктов Apple

Подробнее..

Энергия откуда не ждали графен и броуновское движение

07.10.2020 10:05:19 | Автор: admin


Некто когда-то сказал, что прогресс науки это результат бесконечного спора между учеными, которые регулярно пытаются опровергнуть или перепроверить теории друг друга. Безусловно, в этом есть смысл, ибо теория одного человека, какой бы идеальной она ни была на первый взгляд, остается умозаключением лишь одного человека. Следовательно, в споре рождается истина. Сегодня мы рассмотрим исследование, в котором ученые из университета Арканзаса предложили собирать энергию из Броуновского движения атомов графена. Загвоздка в том, что небезызвестный физик Ричард Фейнман уже давно говорил, что подобное невозможно. Как ученым удалось оспорить это высказывание, что для этого потребовалось, и насколько эффективен разработанный графеновый генератор энергии? Ответы на эти вопросы мы узнаем из доклада ученых. Поехали.

Основа исследования


Отдельно стоящие двумерные (2D) кристаллические мембраны демонстрируют уникальное внеплоскостное движение. В расслабленном состоянии листы отдельно стоящего графена имеют волнистую морфологию, в которой соседние области чередуются между вогнутой и выпуклой кривизной. Происхождение этой ряби нанометрового размера остается неизвестным.

Теоретические исследования утверждают, что источником этого является электрон-фононная связь, поскольку она подавляет жесткость длинноволнового изгиба и усиливает внеплоскостные флуктуации. Для состояния теплового равновесия была выведена система уравнений высоты графеновой мембраны, включая вспомогательные поля напряжений и кривизны. В рамках этой пертурбативной формулировки квантовой статистической механики круглые графеновые мембраны спонтанно изгибаются ниже критической температуры и выше критического радиуса. В этом же русле были проведены и численные исследования статической ряби в мембране, связанной с фермионами Дирака*. Они показали наличие фазового перехода от плоской к волнистой морфологии.
Фермион Дирака* фермион (частица с полуцелым спином), который не является античастицей.
Однако, как заявляют ученые, ранее не проводилось никаких исследований динамических флуктуаций с использованием гамильтониана*, включающего электроны Дирака, упругость и электрон-фононное взаимодействие.
Гамильтониан* оператор* полной энергии системы, куда входит и кинетическая, и потенциальная энергии.

Оператор* линейное отображение, действующее на волновую функцию, которая является комплекснозначной функцией, наиболее полно описывающей состояния системы.
Ранние феноменологические исследования моделировали электрон-фононное взаимодействие путем связывания точечных частиц в узлах гексагональной решетки со спинами Изинга*, которые претерпевают глауберовскую динамику*.
Модель Изинга*: каждая из вершин кристаллической решетки обозначается числом (спином), равным либо +1, либо -1. У спина имеется 2N (N число атомов решетки) возможных вариантов расположения, каждому из которых приписывается энергия, получаемая из попарного взаимодействия спинов соседних атомов.
Глауберовская динамика* метод моделирования модели Изинга на компьютере. Является разновидностью алгоритма Монте-Карло с марковскими цепями.
Спины обмениваются энергией с тепловым резервуаром*, их динамика демонстрирует рябь, а их взаимодействие с мембраной приводит всю систему в состояние равновесия.
Тепловой резервуар* термодинамическая система с достаточно большой теплоемкостью, позволяющей сохранять свою температуру на стабильном уровне даже при контакте с другими системами и/или окружающей средой.
Относительно недавнее исследование (Anomalous Dynamical Behavior of Freestanding Graphene Membranes) позволило измерить движение атомов вне плоскости в отдельно стоящем графене с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Результаты этих измерений показали, что отдельные атомы в мембране испытывают броуновское движение* со спорадическими (редкими / одиночными) большими скачками.
Броуновское движение* беспорядочное движение микроскопических видимых взвешенных в жидкости или газе частиц твердого вещества, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа.
Редкие скачки высоты атомов графена соответствуют когерентным инверсиям кривизны ряби, на которой сидят атомы. Это согласуется как с молекулярной динамикой, так и с глауберовской динамикой спиновых мембран.

Для рассматриваемого нами сегодня исследования графен был выращен на Ni и перенесен на сверхтонкую медную сетку с решеткой из квадратных отверстий (ширина 7.5 мкм) и стержневых опор (ширина 5 мкм). РЭМ (растровая электронная микроскопия) исследование подтвердило, что 90% сетки было успешно покрыто графеном.

В работе использовался сканирующий туннельный микроскоп в условиях сверхвысокого вакуума (базовое давление 10-10 мбар) при комнатной температуре. Графеновая пленка была прикреплена к пластине для образцов на специальных стойках, позволяя наконечнику СТМ проходить через отверстия сетки. Также использовалась система шумоподавления и виброизоляции. Питание системы осуществлялось посредством аккумуляторной батареи с изолированным заземлением для достижения исключительно низкого механического и электрического шума.


Изображение 1

Точка контакта СТМ-иглы (зонда) и образца была включена в электрическую цепь (). Образец был изолирован от земли и подключен к двум диодам. Точка контакта в цепи выполняет роль переменного конденсатора. Туннельный ток, ток диода 1 (D1C) и ток диода 2 (D2C) контролировались одновременно. Такая диодная схема используется для сбора энергии, но в данном случае она использовалась, чтобы изолировать индуцированный графеном ток от тока батареи. При расстоянии между зондом и образцом менее 2 нм туннельные электроны преобладают в токе, а в случае больших расстояний преобладает ток смещения.

На 1b показан волнистый графен и изменения формы, вызванные напряжением. Когда напряжение смещения увеличивается, графен растягивается, и СТМ-игла перемещается вместе с графеном. На показано типичное измерение высоты мембраны во времени в точечном режиме с постоянным током. Важно отметить, что в ходе данного эксперимента игла микроскопа передвигалась исключительно вертикально.

График 1d показывает туннельный ток в зависимости от времени как для неподвижного графена (т.е. графена на меди), так и для отдельно стоящего графена. Для отдельно стоящего образца средний ток такой же, как у неподвижного образца, но колебания в 100 раз больше (10 пА против 0.1 пА). Важно и то, что результаты, показанные на 1d, не зависит от приложенного напряжения смещения (до 3 В) и настройки усиления обратной связи.

По мере увеличения уставки* тока (SPC от setpoint current) стандартное отклонение также увеличивается (1e), что может быть связано с нагревом образца.
Уставка* желаемое или целевое значение важной переменной или процесса в системе.
При экстраполяции к нулевому туннельному току флуктуации по-прежнему вносят вклад в ток смещения в размере 20 пА.

Чтобы измерить ток смещения при нулевом туннельном токе, иглу СТМ постепенно отклоняли от образца, пока расстояние не стало слишком большим для туннелирования электронов через вакуумный барьер. В этом положении SPC находится на уровне 50 нА, тем самым используя цепь обратной связи, чтобы игла СТМ оставалась неподвижной.

После этого было приложено напряжение смещения постоянного тока и отслеживание D2C во времени ().


Изображение 2

При одном вольте ток не индуцируется, но при 15 В и 45 В систематически наблюдались резкие и зависящие от времени пики D2C.

На 2b показаны вольт-амперные характеристики (ВАХ) диода при низком значении тока. Далее были проведены расчеты мощности, рассеиваемой в диоде 2 (2c), которая достигает 40 пВт.

На 2d собраны данные по средней мощности для большого количества отдельно стоящих и неподвижных образцов. Отсутствие тока для неподвижного образца подтверждает, что загрязнение и эмиссия электронного поля не являются источниками D2C.

Эти данные предполагают, что электрическая работа* совершается на D2 движением графена, даже если он поддерживается при одной температуре (т.е. при комнатной температуре).
Электрическая работа* работа, совершаемая над заряженной частицей электрическим полем.
Ученые уверены, что работа может выполняться, находясь в термодинамическом равновесии, и более глубокое понимание этого прольет свет на потенциальные методы получения неравновесной энергии. Для этого была создана модель ().


Изображение 3

Атом углерода, ближайший к игле СТМ, находится над волнистостью, которая колеблется между выпуклой и вогнутой кривизной. Данная ситуация моделируется как броуновская частица в двухъямном потенциале, контактирующая с тепловым резервуаром при температуре T.

Игла СТМ и образец действуют как конденсатор переменной емкости C(x) = C0 / (1 + x/d), где d + x(t) мгновенное расстояние между иглой СТМ и образцом, x(t) (x d) вертикальное положение атома углерода, измеренное по отношению к плоской конфигурации графеновой мембраны.

Если мгновенный заряд и падение напряжения конденсатора игла-образец равны q(t) и u(t), то электростатическая сила, действующая на частицу будет равна qu / [2(d + x)] = q2 / (2C0d).

Формула заряда q(t) следует из правил Кирхгофа (соотношение между токами и напряжениями на участках электрической цепи). Следовательно, связанные системы частиц и цепи удовлетворяют уравнениям Ланжевена-Ито (описывает броуновское движение):



где U(x) = x4 2x2 это двухъямный потенциал;
C0V2/2d это постоянное напряжение из-за растяжения графена;
R = R + RE это полное сопротивление;
1/RE = 2I0/uD sinh uD/Te это эквивалентное сопротивление диодов;
uD падение напряжения на диодах, Te = T/e;
/q(T/R) это коррекция дрейфа, вызванного шумом;
v и q это независимый и одинаково распределенный белый шум с дельта-корреляциями i(t)j(t) = ij(t t) i,j = v, p.

Уравнение цепи имеет шум Найквиста (тепловой шум*) при температуре T, которая установлена на том же уровне, что и пульсация графена.
Тепловой шум* равновесный шум, вызванный тепловым движением носителей заряда в проводнике, в результате чего на концах проводника возникает флуктуирующая разность потенциалов.
Член /q(T/R) гарантирует детальное равновесие* и факт того, что вся система достигает теплового равновесия при температуре T.
Принцип детального равновесия* заключается в равенстве вероятностей прямого (n m) и обратного (m n) переходов между дискретными состояниями системы m и n.
Чтобы убедиться в правдивости данного утверждения, необходимо было сформулировать уравнение для плотности вероятности электронов со скоростями переходов, подчиняющимися детальному равновесию. Вероятность перехода была представлена как T(iD1 + iD2)/(e2uD) = T/(e2R), что согласуется с правилом Кирхгофа для токов.

Гамильтониан системы () был равен:



А равновесная плотность вероятности равна e-H/T/Z, где Z константа нормализации.

С точки зрения графеновой ряби, представленной частицей в формуле 1 цепь представляет собой внешнюю систему, которая воздействует на рябь. В таком случае тепло, создаваемое силами трения и шума, будет равно:


где q = q(t) внешний параметр, а dQ > 0, если частица поглощает тепло.

Используя равновесную плотность вероятности для вычисления среднего и интегрирования по частям, средняя мощность, поглощаемая частицей, оказывается равной нулю. Падение напряжения такое же, как падение на эквивалентном резисторе R. Усредненная по времени мощность, рассеиваемая на резисторе, равна усредненной по времени мощности, поставляемой тепловым резервуаром.

Таким образом, с точки зрения резистора, движение графеновой ряби создает постоянный источник средней тепловой мощности (3b).

Данные выводы были подтверждены посредством численного моделирования уравнения 1, в котором использовались T = 0.5; = 1; d = 10; I0 = 0.0002 и Te = 0.1. Чтобы учесть изменение формы графена, было включено падение C0 с 5 до 1 при увеличении V от 1 до 10. Положение частицы x и заряд на конденсаторе q колеблются со временем ( и 3d).

Отдельно были определены два члена средней мощности для полупериода q > 0, в котором ток через диод 2 проходит против часовой стрелки. Даже в полупериоде два члена равны. На показана средняя мощность (генерируемая и рассеиваемая) и прогноз Найквиста.


Демонстрация принципа работы разработанной цепи.

Было обнаружено, что мощность увеличивается с увеличением напряжения смещения, что наблюдалось и в ходе экспериментов. Данные по сопротивлению и мощности из экспериментов (изображение 2) позволили оценить электрическую емкость точки контакта иглы микроскопа и графена, которая равна 1 фФ (фемтофарад).

Ученые отмечают, что точная формула тепловой мощности отличается от варианта Найквиста: мощность включает в себя вклады от броуновского движения ряби графена, а не только от электронов. В результате двухъямный потенциал вводит новую шкалу времени скорость пересечения барьера. Это приводит к возникновению колебаний очень низкой частоты. Для иллюстрации этого на 3f показана средняя спектральная плотность мощности, рассеиваемая в резисторе, построенная с использованием двух разных времен релаксации скорости 1 и 10. Общая рассеиваемая мощность такая же, а уменьшение скорости пересечения барьера перераспределяет мощность на более низкие частоты.

Для более детального рассмотрения результатов исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог


В данном труде ученые провели исследование термического воздействия в отдельно стоящих графеновых мембранах с помощью точечной сканирующей туннельной микроскопии. Пульсация графена, наблюдаемая рядом с иглой микроскопа, была смоделирована как броуновская частица в двухъямном потенциале. Когда графен движется, заряд должен проходить по цепи и выполнять электрические работы.

Данная модель показывает, что непрерывная тепловая энергия может генерироваться броуновской частицей при одной температуре, находясь в термодинамическом равновесии, при условии, что такое же количество энергии постоянно рассеивается в резисторе. В таком случае подключение к цепи позволяет выполнять электрические работы на нагрузочном резисторе без нарушения второго закона термодинамики.

В условиях созданной системы графен и электрическая цепь поддерживают работу друг друга. Несмотря на то, что тепловая среда выполняет работу с нагрузочным резистором, температура графена и цепи остается одинаковой, а тепло между ними не протекает. Таким образом нет противоречий по отношению к второму закону термодинамики.

Важно и то, что относительно медленное движение графена индуцирует ток в цепи на низких частотах. Эта находка может стать очень полезной в будущем, поскольку электроника работает более эффективно именно на низких частотах.

В будущем ученые намерены продолжить свое исследование. Они хотят выяснить, можно ли хранить постоянный ток в конденсаторе для последующего использования. Для реализации этой задумки необходимо провести миниатюризацию схемы и нанесение ее на кремниевую пластину или микросхему. По словам ученых, если успешно построить кластер из миллиона таких схем размером 1х1 мм, то он смог бы заменить маломощные батарейки.

Возможно, подобные планы звучат не особо грандиозно, но любые исследования, любые свершения, изменившие мир, начинались с малого. Для достижения конечного результата нужно лишь упорство, время и терпение.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята. :)

Немного рекламы


Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Подробнее..

Металлизация алмаза превращение изолятора в полупроводник

09.10.2020 10:12:07 | Автор: admin


Преобразование одного вещества в другое, изменение свойств материала под собственные нужды, трансформация материи. Все эти действия сочли бы за колдовство и ересь буквально пару сотен лет назад. Сейчас же это вполне обыденные процессы, которые можно наблюдать в современных лабораториях. Однако есть нечто, что сделать по факту нереально или, как минимум, крайне сложно. В рассматриваемом нами сегодня исследовании ученые из МТИ (Массачусетский технологический институт, США) решили радикально изменить электрические свойства алмаза, превратив его из диэлектрика в проводник. Как это было достигнуто, каковы характеристики алмаза-проводника, и где может пригодиться подобная разработка? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования


В далеком 1949 году Кэрол Чэннинг впервые исполнила песню Бриллианты лучшие друзья девушек, которая большинству из нас известна в исполнении Мерлин Монро. Правдиво ли данное высказывание касательно драгоценного камня каждый может судить по себе индивидуально.

Бриллианты это красивые драгоценные камни, которые прекрасно смотрятся в украшениях или на музейных полках. Но вот их предшественники куда интереснее с научной точки зрения. Речь, конечно, об алмазах.

Алмаз это кубическая аллотропная форма углерода. Срок годности этого минерала в нормальных условиях фактически неограничен, так как он является метастабильным материалом. Также всем известен факт того, что алмаз является одним из самых твердых веществ на планете. Физико-химические свойства алмаза сделали его важнейшей составляющей для многих приборов и центром внимания многих исследований. Среди них и труды по электропроводимости, в которых алмазы наделяли свойствами проводника посредством внедрения примесей (например, бора).

Но в таком случае, преобразование алмаза в проводник происходит посредством допирования. Другими словами, сам алмаз по-прежнему остается изолятором.

Однако, как заявляют авторы сего исследования, открытие сверхбольшой упругой деформации в наноразмерном алмазе и более точное описание его электронной и фононной структур посредством машинного обучения позволили расширить спектр манипуляций, которые можно проводить с алмазами.

Получив новые данные и новые инструменты для исследований, ученые задались вопросом: может ли алмаз со сверхширокой запрещенной зоной (5.6 эВ) быть полностью металлизирован исключительно за счет механической деформации без фононной нестабильности, так чтобы его электронная запрещенная зона полностью исчезла? Как оказалось, это вполне реально.

Прежде всего ученые обращают наше внимание на другое исследование (Ultralarge elastic deformation of nanoscale diamond), в котором говорится, что монокристаллические и поликристаллические алмазные наноиглы (диаметр 300 нм) могут быть обратимо деформированы до локальных упругих деформаций растяжения выше 9% и 3.5% при комнатной температуре. Это умозаключение было подтверждено в последующих исследованиях, где объектом изучения были алмазные наноразмерные столбы, полученные с помощью резки образцов природного алмаза сфокусированным ионным лучом.

В рассматриваемом нами сегодня труде наибольшие локальные деформации растяжения 13.4% (ориентация решетки <100>) и 9.6% (ориентация решетки <110>) были достигнуты в наноиглах монокристаллического алмаза с ориентацией при изгибе. При этом соответствующие максимальные локальные деформации сжатия 14
% и -10.1% наблюдаются на стороне сжатия.

Получить такие результаты стало возможным за счет расчетов, экспериментов, моделирования и, что самое важное, машинного обучения, алгоритм которого должен определить оптимальные свойства алмаза для различных геометрий и условий нагрузки путем сканирования всех возможных комбинаций состояний деформации в общем шестимерном (6D) пространстве деформации.

Перед проведением фактического исследования ученые определили ряд основных вопросов, на которые они хотели бы получить ответы:

  • можно ли исключительно посредством наложения напряжения металлизировать алмаз при комнатной температуре и давлении? При этом необходимо достичь перехода от его естественного недеформированного состояния со сверхширокой запрещенной зоной (5.6 эВ) до полной металлизации с шириной запрещенной зоны 0 эВ без фононной нестабильности или структурных преобразований (например, графитизация).
  • какие состояния деформации и наименьшая плотность энергии деформации необходимы для достижения безопасной металлизации запрещенной зоны?
  • насколько такая безопасная металлизация может быть реализована в условиях деформаций, достижимость которых была доказана экспериментально?
  • как кристаллографические и геометрические переменные влияют на металлизацию алмаза?
  • какие условия запускают преобразование непрямого перехода запрещенной зоны в прямой или конкурирующий переход фазы графитизации в алмазе при деформации?

Результаты исследования


Забегая наперед, можно сказать, что в алмазе можно достичь электронной запрещенной зоны 0 эВ исключительно за счет наложения обратимых упругих деформаций, не вызывая фононную нестабильность или фазовый переход. Это открытие подразумевает, что обратимая металлизация/деметаллизация возможна за счет правильной комбинации условий механической нагрузки и геометрии в наноразмерном алмазе.

Было установлено, что безопасная металлизация может быть достигнута при значениях плотности энергии упругой деформации порядка 95275 мэВ/3. При этом даже незначительный изгиб <110> наноиглы может эффективно уменьшить ширину запрещенной зоны с 5.6 эВ до 0 эВ без фононной нестабильности при локальной упругой деформации сжатия около 10.8%. Однако увеличение напряжения изгиба может вызвать фононную нестабильность, которая приводит к необратимому фазовому переходу sp3 sp2 (алмаз графит) или разрушению образца.


Изображение 1

Выше представлены некоторые 6D-состояния деформации, которые приводят к исчезновению запрещенной зоны алмаза без фононной неустойчивости или графитизации. В кристаллографической системе координат [100] [010] [001] расчеты показывают, что одна такая полная и безопасная металлизация происходит, когда локальное состояние деформации 6D составляет (0.0536, -0.0206, -0.056, 0.0785, 0.0493, 0.0567).

На 1A представлен k-график GW* электронной зонной структуры для алмаза, деформированного до 6D состояния, указанного выше, в результате чего получается металл.
GW*: электронные зонные структуры алмаза при деформации растяжения могут быть предсказаны с высокой точностью на основе теории функционала плотности (DFT) с последующими расчетами GW (G функция Грина; W экранированное кулоновское взаимодействие).
Контуры плотности энергии деформации построены в двумерном (2D) пространстве на 1B, где черной звездой отмечен h = 98.7 мэВ/3.


Изображение 2

Изображение выше дополнительно иллюстрирует области безопасной металлизации алмаза без фононной нестабильности, а также демонстрирует обратимые преобразования прямозонный/непрямозонный при больших упругих деформациях.
Прямозонный полупроводник, в котором переход из зоны проводимости в валентную зону не сопровождается потерей импульса.

Непрямозонный полупроводник, в котором переход из зоны проводимости в валентную зону сопровождается потерей импульса.
На показаны возможные состояния деформаций 11, 22, 33, охватывающие от -20% (т.е. деформация сжатия 0.2) до +10% (т.е. деформация растяжения 0.1), в которых индуцируется безопасная металлизация (отмечено коричневым цветом). В свою очередь, является двумерной репрезентацией областей металлизации.

Посредством компьютерного моделирования было установлено два типа безопасной металлизации: прямой металл и непрямой металл (где переход зона-граница непрямой, т.е. из двух разных k-точек).

Двумерная область прямого металла, заштрихованная коричневым цветом, охватывает деформированное состояние, обозначенное звездой из . Эта зона встроена в пространство деформации прямой запрещенной зоны (синяя область на 2B). Область непрямого металла, также заштрихованная коричневым, окружена белой зоной, представляющей пространство деформации для непрямой запрещенной зоны.

На структура GW зоны перенесена в k-пространство, чтобы проиллюстрировать непрямое состояние металла в точке c (2B) внутри зоны безопасной металлизации. 2D и являются диаграммами зонной структуры, показывающими примеры ненулевых случаев прямой и косвенной запрещенной зоны.

Область, заштрихованная серым цветом вне пунктирных линий, это область больших упругих деформаций и нестабильной металлизации, где происходит фононная неустойчивость, приводящая к зарождению дефектов и/или фазовому переходу. А на 2F видно заметное уменьшение частоты фононов и возникновение мягкой моды, связанной с точкой деформации f на 2B, где имеет место фононная нестабильность и связанный с ней фазовый переход от алмаза к графиту.

Эксперименты показывают, что алмазные наноиглы перед разрушением демонстрируют сверхбольшой упругий изгиб. Такая деформация, приводящая к локальным деформациям сжатия, превышающим -10%, и деформациям растяжения, превышающим 9%, является обратимой после снятия нагрузки.

Далее было проведено моделирование для определения модуляции запрещенной зоны в изогнутых алмазных наноиглах при максимальных уровнях локальной деформации.


Изображение 3

На схеме показан способ, при котором наконечник алмазного индентора надавливает на алмазную наноиглу, вызывая большую деформацию. Был применен метод конечных элементов (МКЭ), позволивший смоделировать латеральный изгибающий момент алмазной иглы во время контакта с острием индентора при учете нелинейной упругости, ориентации кубической решетки относительно оси иглы, направления изгиба и возможного трения между наконечником индентора и иглой.

Изображение это результаты МКЭ моделирования для локальных деформаций сжатия (максимум -10.8%) и растяжения (максимум 9.6%) <110> алмазной наноиглы. Тут же представлены прогнозы распределения ширины запрещенной зоны.

Начало безопасной металлизации появляется на сильно напряженной стороне наноиглы при локальной деформации -10.8% (3C). Также было установлено, что склонность к более металлическому поведению с увеличением деформации не зависит от трения между индентором и наноиглой. <110> наноигла может выдерживать не более 12.1% локальной деформации растяжения до возникновения фононной нестабильности на стороне растяжения при ширине запрещенной зоны 0.62 эВ (3D).


Эволюция плотности энергии упругой деформации, ширины запрещенной зоны и соответствующей зонной структуры в месте максимального сжатия на наноигле, показывающая процесс металлизации алмазной наноиглы при изгибе (соответствует изображению 3).

Сторона наноиглы, где протекает сжатие, куда более устойчива к деформациям. Максимально достижимая деформация сжатия может составлять порядка -20% при ориентации с низким показателем преломления. Следовательно, можно предположить, что есть место для дополнительной упругой деформации после достижения безопасной металлизации в областях с преобладающим сжатием.

Еще одним важным аспектом, определяющим степень деформации и результирующую модуляцию запрещенной зоны, является кристаллографическая ориентация оси наноиглы.

Среди трех изученных типов <110>- и <111>-ориентированные наноиглы требуют относительно меньших деформаций растяжения для уменьшения ширины запрещенной зоны за счет деформации, тогда как ориентация <100> является наиболее сложной ориентацией для уменьшения ширины запрещенной зоны ниже 2 эВ или достижения металлизации. Это можно объяснить различием в гибкости доступа ко всем шести компонентам тензора деформации, выраженным в системе координат [100] [010] [001].

Несмотря на возможность чрезвычайно большой деформации в <100> -ориентированной наноигле, эта ориентация в первую очередь способствует нормальным деформациям, и результирующее максимальное уменьшение ширины запрещенной зоны ограничивается достижением фононной нестабильности, вызывающей разрушение или фазовое преобразование.

А вот для <110> и <111>-ориентированных наноигл намного легче инициировать различные компоненты деформации и, следовательно, легче провести преобразование зонной структуры и достичь модуляции запрещенной зоны.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог


Ученые заявляют, что помимо рассмотренных в данном труде вариантов алмазных структур, можно создать более сложные геометрические формы с отверстиями и впадинами за счет оптимизации топологии и микро- и наномеханической обработки геометрических элементов, не подвергая металлизированную зону воздействию приповерхностных областей, что еще больше увеличивает возможности металлизации алмаза.

Когда деформированный алмаз превращается в полупроводник с прямой запрещенной зоной, даже только локально в месте максимальной деформации, он будет демонстрировать фундаментальное улучшение оптических переходов вокруг края адсорбции по сравнению с недеформированным алмазом в его естественном состоянии. Поскольку поглощение экспоненциально увеличивается с толщиной материала, устройство преобразования световой энергии на основе полупроводника с прямой запрещенной зоной потребует гораздо меньшей толщины, чтобы поглощать такое же количество света. Следовательно, данный подход может быть использован в разработке новых типов фотодетекторов и излучателей от ультрафиолета до дальнего инфракрасного диапазона, работающих на одном кусочке алмаза.

Также важно отметить, что достижение полной металлизации алмаза в условиях упругих деформаций выше 80 мэВ/3 или при локальной упругой деформации на сжатие или растяжение > 9% является крайне сложным делом. Однако успешная реализация этой разработки может иметь значимый эффект на развитие электроники, оптоэлектроники и систем квантового зондирования.

Однако характеристики системы будут напрямую зависеть от ее практического применения. Другими словами, систему можно будет оптимизировать в зависимости от задач, которые она должна выполнять. На данный момент ученые смогли практическим путем доказать работоспособность своего творения. Пока это лишь концепция, однако она может быстро перейти от теории к практике, учитывая скорость развития технологий выращивания однородных алмазных материалов.

Несмотря на все сложности практической реализации полученных знаний, они по-прежнему остаются крайне важными элементами понимания того, как те или иные материалы с давно определенными свойствами способны менять их в зависимости от внешних факторов.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)

Немного рекламы


Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Подробнее..

Перевод Топ-10 технологических трендов 2021 года

16.10.2020 16:14:58 | Автор: admin
image

В то время, как индустрия DRAM официально вступает в эру EUV, технология стекинга NAND Flash памяти выходит за рамки 150L


Три основных поставщика DRAM (Samsung, SK Hynix и Micron) не только продолжат переход на техпроцессы 1Znm и 1alpha nm, но и официально вступят в эру EUV, и Samsung займет лидирующую позицию в этой области в 2021 году. Поставщики DRAM-устройств постепенно заменят существующие технологии двойного структурирования с целью оптимизации затрат и повышения эффективности производства.

После того, как поставщикам NAND Flash удалось продвинуть технологию стекинга и объединить больше 100 слоев в 2020 году, в 2021 году они будут стремиться к 150 слоям и более, а также к увеличению емкости монолитной памяти с 256/512 Гб до 512 Гб/1 Тб. Потребители получат устройства NAND Flash более высокой емкости благодаря усилиям, направленным на снижение стоимости микросхем. Несмотря на то, что сейчас основным интерфейсом для SSD сейчас является PCIe 3 поколения, 4 поколение начнет завоевывать все большую долю рынка в 2021 году благодаря интеграции в PS5, Xbox Series X/S и материнские платы с новой микроархитектурой от Intel. Новый интерфейс незаменим для удовлетворения массового спроса на передачу данных с высокопроизводительных ПК, серверов и высокопроизводительных центров обработки данных.

Операторы мобильной связи увеличат мощность своих базовых станций 5G, Япония и Корея будут стремиться к 6G


5G Implementation Guidelines: SA Option 2 документ, опубликованный GSMA в июне 2020 года, который подробно описывает технические детали по развертыванию 5G, как c точки зрения операторов мобильной связи, так и с точки зрения глобальных перспектив. Ожидается, что в 2021 году операторы в больших масштабах будут внедрять автономные архитектуры (SA) 5G. Помимо поддержки высокоскоростных и широкополосных соединений, архитектуры 5G SA позволят операторам настраивать свои сети в соответствии с пользовательскими приложениями и адаптироваться к рабочим нагрузкам, требующим сверхнизких задержек. Однако, даже во время развертывания 5G, японская NTT DoCoMo и корейская SK Telecom уже сосредоточены на развертывании 6G, так как 6G обеспечивает работу различных приложений в XR (включая VR, AR, MR, и контент в разрешении 8K и выше), реалистичных голографических коммуникаций, WFH, удаленного доступа, телемедицины, и дистанционного образования.

Интернет вещей станет Интеллектом вещей, поскольку устройства с системами ИИ приблизятся к самостоятельности


В 2021 году интеграция ИИ будет основной задачей в области интернета вещей, и ее решение позволит перейти от интернета вещей к интеллекту вещей. Инновации в таких областях, как глубокое обучение и компьютерное зрение, позволят модернизировать программное и аппаратное обеспечение умных устройств. Принимая во внимание динамику отрасли, экономические стимулы и спрос на удаленный доступ, ожидается, что интернет вещей придет в умные производства и умное здравоохранение. Что касается умного производства, ожидается, что внедрение бесконтактных технологий ускорит появление индустрии 4 поколения. Поскольку умные заводы стремятся к отказоустойчивости, гибкости и эффективности, интеграция ИИ позволит сделать критические устройства (вроде коботов и беспилотных летательных аппаратов) более точными и позволит им осуществлять контроль над производством, таким образом преобразуя автоматизацию в автономность. Что касается умного здравоохранения, то внедрение ИИ может преобразовать существующие наборы медицинских данных в инструменты для оптимизации процессов и расширения сферы обслуживания. Например, интеграция ИИ обеспечит более быстрое распознавание ИК-изображений, что может помочь в принятии решений в клинике, телемедицине и оказании хирургической помощи. Ожидается, что эти приложения смогут выполнять тe важнейшие функции, которые выполняет ИИ в медицинских устройствах интернета вещей, причем эти возможности будет доступны в разных учреждениях от умных клиник до телемедицинских центров.

Интеграция AR-очков и смартфонов запустит волну кроссплатформенных приложений


В 2021 году AR-очки будут работать в связке со смартфоном, который будет служить вычислительной платформой для всей системы. Такая конструкция позволяет значительно снизить стоимость и вес AR-очков. В частности, с развитием сетевой инфраструктуры 5G в 2021 году, интеграция 5G смартфонов и AR-очков позволит последним не только более эффективно обрабатывать AR-приложения, но и обеспечивать более широкий спектр персональных развлекательных мультимедийных функций за счет использования дополнительных вычислительных мощностей смартфонов. Таким образом, ожидается, что в 2021 году бренды смартфонов и операторы мобильной связи выйдут на рынок AR-очков в больших масштабах.

Станут очень популярны системы отслеживания состояния водителя, которые являются важной составляющей беспилотной езды


Технологии автомобильной безопасности эволюционировали от внешних устройств до устройств для салона автомобилей и технологии работы с датчиками тоже не стоят на месте. Таким образом, системы мониторинга состояния водителя интегрированы со сбором данных об окружающей среде. Точно так же эволюционируют и автомобильные приложения с ИИ, которые переросли использование с целью развлечения и стали незаменимым помощником в обеспечении безопасности в автомобиле. В свете череды дорожно-транспортных происшествий, в которых водители игнорировали дорожные условия из-за чрезмерного доверия системам ADAS, которые в последнее время стремительно внедряются в современные автомобили, рынок вновь стал уделять пристальное внимание функциям мониторинга состояния водителя. В будущем основное внимание в области мониторинга состояния водителя будет сосредоточено на разработке активных, надежных и точных систем, основанных на камерах. Обнаружив сонливость водителя и снижение его внимания посредством отслеживания зрачков и мониторинга поведения, эти системы способны в режиме реального времени определить, не устал ли водитель, не отвлекается ли он от вождения или не ведет ли он машину ненадлежащим образом. Таким образом, системы мониторинга водителя стали абсолютной необходимостью при разработке систем беспилотной езды, поскольку они должны выполнять несколько функций сразу: отслеживание состояние водителя и уведомление о его изменении в реальном времени, оценка возможностей водителя, а также, принятия на себя функций управления в случае необходимости. Ожидается, что в ближайшем будущем в массовое производство будут запущены автомобили с интегрированными системами мониторинга состояния водителя.

Складные дисплеи будут внедряться во многие устройства как средство увеличения площади экрана


По мере того, как смартфоны с гибкими экранами переходили от концепции к производству в 2019 году, некоторые бренды последовательно выпускали свои собственные гибкие смартфоны для пробы пера. Несмотря на то, что эти устройства до сих пор остаются посредственными из-за их относительно высокой себестоимости (и, как следствие, высоких розничных цен), они все еще способны пошуметь на зрелом и насыщенном рынке смартфонов. В ближайшие несколько лет, по мере того, как производители экранных модулей постепенно будут расширять свои мощности по производству гибких AMOLED-экранов, производители смартфонов будут сосредотачиваться на производстве гибких устройств. Кроме того, эта функциональность понемногу внедряется и в другие устройства например, в ноутбуки. Благодаря тому, что Intel и Microsoft занимают лидирующие позиции, многие производители выпустили свои собственные решения для ноутбуков с двумя дисплеями. Точно так же складные устройства с гибкими AMOLED-дисплеями станут следующей горячей темой на рынке. Ноутбуки со гибкими дисплеями, скорее всего, выйдут на рынок в 2021 году. Ожидается, что интеграция гибких дисплеев в ноутбуки, внедрение новых инновационных решений и появление категории продуктов, которые будут использовать эти дисплеи более широко, чем продукты прошлого поколения, расширят производственный потенциал производителей гибких AMOLED-дисплеев.

Mini-LED и QD-OLED станут реальной альтернативой OLED-дисплеям


Конкуренция между дисплейными технологиями, как ожидается, разгорится на рынке топовых телевизоров в 2021 году. В частности, технология Mini-LED позволит ЖК-телевизорам более тонко управлять зонами подсветки, а значит контрастность их изображения будет более высокой по сравнению с нынешними серийными телевизорами. Производимые лидером рынка Samsung, ЖК-телевизоры с подсветкой Mini-LED не уступают своим белым OLED-аналогам, предлагая при этом аналогичные характеристики. Кроме того, учитывая их превосходную экономичность, можно ожидать, что технология Mini-LED станет заметной альтернативой OLED. С другой стороны, Samsung Display (SDC) делает ставку на свою новую технологию QD-OLED как на фактор технологического отличия от своих конкурентов, так как SDC сворачивает производство ЖК-дисплеев. SDC будет стремиться установить новый золотой стандарт в телевизионных технологиях со своей технологией QD-OLED, которая превосходит белый OLED по насыщенности цвета. TrendForce ожидает, что в 2021 на рынке топовых телевизоров проявится бурная конкуренция

Продвинутые технологии упаковки чипов расцветут в областях HPC и AiP


Продвижение технологий упаковки чипов не замедлилось даже несмотря на последствия пандемии COVID-19 Поскольку различные производители выпускают модули c HPC-чипами и антеннами в корпусе, полупроводниковые компании, (такие как TSMC, Intel, ASE и Amkor), также стремятся занять свое место в этой развивающейся индустрии. Что касается упаковки высокопроизводительных чипов, то в связи с увеличением спроса на эффективность ввода/вывода, соответственно увеличился и спрос на интерпозеры, которые используются при упаковке чипов. TSMC и Intel выпустили новые архитектуры упаковки микросхем, фирменную трехмерную матрицу и гибридное соединение соответственно. Таким образом компании постепенно развивают свои технологии упаковки третьего поколения (CoWoS у TSMC и EMIB у Intel) и выпускают CoWoS и Co-EMIB четвертого поколения. В 2021 году эти компании будут искать возможности для удовлетворения спроса на высококачественную 2.5D и 3D упаковку чипов. Что касается установки AiP-модулей, то после того, как в 2018 году компания Qualcomm выпустила свои первые QTM-продукты, MediaTek и Apple впоследствии сотрудничали со смежными OSAT-компаниями, в том числе с ASE и Amkor. MediaTek и Apple надеются, что благодаря этому сотрудничеству они добьются прогресса в исследованиях и разработках в области относительно недорогой технологии упаковки флип-чипов. Ожидается, что с 2021 года AiP будут интегрироваться в устройства с поддержкой 5G. Стремясь удовлетворить спрос на 5G-соединения и подключение к сети, модули AiP, как ожидается, сначала будут выпущены на рынок смартфонов, а затем и на автомобильный рынок и рынок планшетных компьютеров.

Производители чипов будут стремиться занять место на рынке умных устройств посредством стратегии ускоренной экспансии


С быстрым развитием интернета вещей, 5G, ИИ и облачных/граничных вычислений, производители чипов перешли от разработки отдельных продуктов к созданию продуктовых линеек и продуктовых решений, таким образом создавая комплексные и гранулированные экосистемы своих чипов. Если взглянуть на развитие основных производителей чипов в последние годы с более широкой точки зрения, то можно увидеть, что непрерывная вертикальная интеграция этих компаний привела к появлению олигополистической отрасли, в которой локальная конкуренция остра как никогда. Кроме того, поскольку коммерциализация 5G выдвигает многочисленные требования к различным областям применения, производители чипов теперь предлагают вертикальные решения с полным набором услуг, начиная от проектирования чипов и заканчивая интеграцией программного обеспечения/аппаратных платформ. Компании придерживаются такой стратегии в ответ на огромные коммерческие возможности, обусловленные быстрым развитием индустрии умных устройств. С другой стороны, производители чипов, которые не смогли вовремя сориентироваться в соответствии с потребностями, скорее всего, могут оказаться в ситуации чрезмерной зависимости от одного рынка.

ЖК-телевизоры с активными Micro-LED матрицами дебютируют на рынке бытовой электроники


Выпуск крупногабаритных Micro-LED дисплеев Samsung, LG, Sony и Lumens в последние годы ознаменовал начало интеграции технологии Micro-LED в процесс разработки крупногабаритных дисплеев. Поскольку применение Micro-LED в крупногабаритных дисплеях постепенно развивается, компания Samsung, как ожидается, первой в отрасли выпустит телевизоры с активной Micro-LED матрицей, таким образом, закрепив 2021 год как первый год интеграции технологии Micro-LED в телевизорах. Активная матрица адресует пиксели, используя объединительную TFT-плату, а поскольку конструкция активной матрицы в микросхеме относительно проста, то данная схема адресации относительно нетребовательна с точки зрения маршрутизации. В частности, микросхемы драйвера активной матрицы требуют функциональности PWM и MOSFET-переключателей для стабилизации электрического тока, обеспечивающего работу Micro-LED-дисплеев, из-за чего возникает потребность в новом и чрезвычайно дорогостоящем процессе разработки таких микросхем. Именно поэтому у производителей Micro-LED-устройств наибольшие трудности при выходе на рынок конечных устройств на данный момент связаны с технологией и ее стоимостью.





image

Вакансии
НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.

У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.

В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.

Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.



О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Подробнее..

Псс, парень, не хочешь сделать модуль для Flipper Zero?

19.10.2020 16:12:07 | Автор: admin


У Flipper Zero на боку есть отверстия GPIO под стандартную гребенку 2.54 мм, к которым выведены ноги микроконтроллера. Там есть аппаратный SPI, I2C, UART и много другой периферии, доступной в нашем чипе STM32. Эти контакты можно использовать для подключения к сторонним устройствам по промышленным протоколам. На GPIO выведено питание 3.3V и 5V, чтобы можно было питать подключенное устройство сразу от Флиппера.

Подобно Arduino, для Флиппера можно изготовить железные модули расширения с разными интересными функциями. Но в отличие от Arduino, где модули (шилды) это просто голые платы, модули для Флиппера можно сразу сделать продолжением корпуса.

Мы приглашаем разработчиков сделать собственные модули для Флиппера и заработать на этом. Если вы сделаете свой готовый модуль, мы будем его рекламировать вместе с Флиппером во всех рассылках и на нашем сайте. При этом вы можете продавать его самостоятельно, мы не будем требовать никакой комиссии и отчислений.


Схема распиновки GPIO



Сейчас, пока Флиппер активно разрабатывается, распиновка гребенки GPIO может незначительно меняться. На момент написания статьи она выглядит так:


Кликабельно

Цифровые пины имеют логические уровни 3.3V, но толерантны к входящему сигналу 5V, поэтому можно использовать уже существующие модули от других платформ, например Arduino.

Пока схема устроена достаточно просто, все пины подключены через токоограничивающий резистор 51 Ом. Позже будет добавлена ESD защита.


Кликабельно





3D-модели


Чтобы разработчики могли сделать правильный корпус для своего модуля, мы публикуем 3D-модели внешних поверхностей Флиппера. Эти модели постоянно изменяются, но мы можем гарантировать, что разработчики будут получать актуальные версии моделей и точно будут знать финальный вариант задолго до массового производства. Актуальные модели находятся в репозитории github.com/Flipper-Zero/flipperzero-3d-models



Важно помнить, что 3D-модели будут меняться и нельзя опираться на эти модели как на финальные. В момент, когда модели будут финализированы, мы объявим об этом отдельно в рассылке.

Как начать разработку модуля





Мы ищем разработчиков с опытом серийного производства устройств, это могут быть инженерные бюро или компании, имеющие собственные производственные мощности. Также желательно понимание экономики производства электроники.

Если вы энтузиаст с опытом разработки электроники, но у вас нет понимания, как устроено массовое производство на заводе, вам придется самостоятельно найти партнеров, которые помогут с этим.

1. Обсудите с аудиторией


Сперва нужно проверить интерес пользователей. Для этого у нас есть отдельный раздел на форуме и специальный канал в Discord hw-3rd-party. Почитайте чужие идеи для вдохновения и предложите свою. В ноябре мы опубликуем самые интересные идеи и предложим пользователям проголосовать за них.

2. Посчитайте стоимость и оцените свои силы


Прикиньте примерный BOM и стоимость производства. Намного лучше спрашивать, нужен ли кому-то ваш модуль, показывая стоимость.

3. Согласуйте с нами


Когда у вас будет готово конкретное описание проекта с функциональной спецификацией и примерной стоимостью, мы сможем созвониться с вами всей нашей командой и дать советы.

4. Приступайте к разработке


Мы готовы предоставить все необходимые данные, которые потребуются в процессе разработки: схемы, 3Д-модели, примеры кода, набор для разработчика и даже тестовые образцы Флиппера.

Где деньги?


image
Запуск производства крупной партии электронных устройств требует ощутимых вложений. Мы готовы проконсультировать вас и помочь с построением производственной цепочки. Мы прямо не заявляем, что будем инвестировать в ваш продукт, но, если он ОЧЕНЬ хороший и вы нас убедите, такой вариант не исключается.



Следите за процессом разработки и новостями о Flipper Zero в:
Instagram
Facebook
Англоязычном блоге

Все характеристики Flipper Zero на официальном сайте.
Подробнее..

Compute Module 4 от Raspberry Pi особенности платы и новые возможности

20.10.2020 12:19:01 | Автор: admin
Источник изображения: hackaday.com
Как уже писали на Хабре, сегодня организация Raspberry Pi Foundation представила Compute Module 4 по цене от $25. В целом, новый модуль это шаг вперед по сравнению с предыдущими моделями. Он более быстрый, у него больше возможностей, включая сетевые функции. Например, у модуля есть опция Wi-Fi 802.11b/g/n/ac, Bluetooth 5.0.

Но есть у платы и несколько особенностей, о которых стоит знать, прежде, чем решаться на покупку. $25 сумма относительно небольшая, но ведь некоторые любители и компании покупают десятки плат одновременно.

Пока, SO-DIMM, нам будет тебя не хватать



Самым большим сюрпризом для поклонников продукции от Raspberry Foundation стал отказ разработчиков от SO-DIMM в пользу двух 100-контактных мезонинных разъемов Hirose DF40C-100DS-0.4V. По словам авторов проекта, это дает возможность повысить скорость обмена данными между платами и одновременно уменьшить габариты модуля. И правда, длина платы стала меньше на 12,6 мм. Но она стала шире на 10 мм, так что экономия пространства минимальна.

Два разъема дали возможность разделить низкоскоростные и высокоскоростные периферийные подключения. С одной стороны GPIO Raspberry Pi, питание, SD-слот и Ethernet. С другой PCIe, USB, HDMI, MIPI CSI и сразу две линии DSI. Так что плата подойдет и разработчикам, которым нужна возможность быстрого ввода/вывода, так и тем, у кого нет в этом острой необходимости.

PCIe интерфейс


Наличие PCIe отличная новость. Конечно, в этот разъем не вставить игровую видеокарту, превратив девайс в игровой ПК. Нет, замысел здесь в ином. Например, можно использовать карту расширения PCIe с USB3 портами. Правда, нужно удостовериться в том, что эта карта совместима с чипсетом VLI VL805. Но таких устройств немало, так что особо волноваться не о чем.


VIA VL806 двухпортовый хост-контроллер, который совместим с новой платой. Есть и четырехпортовый, VIA VL805
Одна из моделей плат расширения, которая совместима к Raspberry Pi 4 и одновременно CM4, Syba USB 3.1 PCI express. В этой плате есть даже USB-C порт, так что разработчики могут быть довольны.

Кстати, у CM4, как и у Raspberry Pi 4, есть возможность загрузки по USB. И если установлен USB 3.0 адаптер, то, соответственно, и скорость загрузки будет высокой.

NVMe


Поддержка NVMe задекларирована, но нужно иметь в виду, что она не включена по умолчанию в Raspberry Pi OS, о чем предупреждают, например, здесь. Активировать нужную функцию можно при помощи команды modprobe nvme-core, после чего нужно перезагрузиться.


Одна из совместимых NVMe моделей дисков Samsung 970 EVO Plus. Правда, это дороговатая модель, но в любом случае возможность подключения подобных устройств есть. Разработчики малинки отчитались о достижении показателя в 390 MБ/с в лаборатории.

Правда, установленный SSD нельзя подключить в качестве загрузочного диска. Возможно, эта функция появится позже, но сейчас такой возможности нет.

MIPI CSI и MIPI DSI


У Model B один двухрядный MIPI CSI коннектор и один двухрядный MIPI DSI коннектор. У CM4 есть возможность работы с двумя коннекторов каждого типа сразу, что означает подключение стереоскопического 3D зрения. Примерно то же самое можно делать и с CM3+, но предыдущая модель не такая производительная, так что и возможности у нее не такие обширные.

Сетевые возможности


Отличная новость для разработчиков WiFi, Bluetooth и гигабитный Ethernet из коробки. Правда, эти возможности доступны не для каждого из представленных 32 вариантов плат. Но если есть необходимость в получении полноценного беспроводного модуля, то это можно сделать без проблем.


Как и сообщалось в самом начале, у платы современные протоколы беспроводной связи Wi-Fi 802.11b/g/n/ac и Bluetooth 5.0. А еще у нее есть U.FL-коннектор для внешней антенны! В некоторых случаях платы заключаются в металлический корпус, который играет роль клетки Фарадея, так что внешняя антенна будет весьма кстати.

У Raspberry Pi Foundation есть совместимая антенна, Compute Module 4 Antenna Kit. Но, в целом, подойдет и любая другая.


Для того, чтобы активировать антенну, необходимо отредактировать файл /boot/config.txt, добавив параметр dtparam=ant2

Гигабитный Ethernet работает без проблем, выдавая обещанную пропускную способность. У новой модели за Ethernet отвечает современный чип BCM54210PE с поддержкой IEEE 1588 Precision Time Protocol.

Compute Module 4 IO Board



Вместе с CM4 можно приобрести плату расширения Compute Module 4 IO Board, которая обеспечивает подключение широкого спектра внешних устройств. Так, на этой плате есть два полноразмерных HDMI-порта, два порта USB 2.0, слот под карту microSD, разъем PCIe Gen2 x1, сетевой порт Ethernet (поддержка PoE), 40-пиновый GPIO-коннектор. Плюс здесь есть и RTC (Real-Time Clock), со слотом для батарейки CR2032. В целом, плата добавляет большое количество функций, которых может не хватать пользователям CM4.

Документация для этой платы доступна здесь, есть и KiCAD-файлы.

В сухом остатке


Compute Module 4 идеальный вариант для разработчиков. Плата предоставляет все те функции, которые обещали ее создатели, включая нативную поддержку PCIe. Плата подходит для создания сложных и не очень IoT-проектов, разработки embedded-систем и даже для ИИ-проектов, с добавлением систем машинного зрения (об этом мы напишем в одной из последующих статей).

Подробнее..

Китай планирует обогнать США в разработке чипов. Насколько это реально?

05.10.2020 12:23:18 | Автор: admin


США все туже закручивает гайки в отношении Китая, стремясь остаться мировым лидером в технологическом секторе, включая полупроводниковую промышленность. Но и Китай не собирается подвергать себя угрозе технологической блокады со стороны Соединенных штатов. По данным Bloomberg, Пекин несколько недель назад заявил о намерении поддержать создание промышленности, которая способна с нуля производить так называемое третье поколение полупроводников. План рассчитан на пять лет, то есть к 2015 году у Китая должны появиться крупнейшие предприятия, производящие самые современные компоненты электронных устройств.

КНР до сих сохраняет пятилетний горизонт планирования, текущая пятилетка уже 14-я в истории страны. В октябре план должен быть утвержден лидерами страны, после чего на реализацию проекта развития отечественной полупроводниковой инфраструктуры выделят более триллиона долларов США. По мнению аналитиков, Китай хорошо понимает, что страна, которая владеет технологией производства современных чипов, если не правит всем остальным миром, то в состоянии оказывать сильнейшее давление на другие государства.

После заявления китайского правительства начали резко расти акции китайских производителей полупроводниковых элементов. Например, Fudan Microelectronics Group Co. выросла в цене на 4,3%. Will Semiconductor Ltd. увеличила капитализацию на 10%. Акции еще двух производителей полупроводниковых компонентов, Xiamen Changelight Co. и Focus Lightings Tech Co. подорожали на 14% и 5,6% соответственно.

В чем вообще проблема?


Несмотря на то, что у Китая мощная промышленность, включая производство полупроводниковых элементов и электроники в целом, права на большинство технологий принадлежат американским компаниям. Если те решат порвать с КНР отношениям, стране придется туго.

Ситуация ухудшается еще и потому, что Китай импортирует в год около $300 млрд электронных компонентов. Если США захотят, страна может заблокировать эти поставки, и тогда начнутся проблемы у китайских компаний, производящих электронику и все, что ос ей связано.



Сейчас все к этому и идет США уже внесли в черный список несколько десятков технологических компаний из США. Те, кто попали в этот список, потеряли возможность закупать необходимые элементы и использовать необходимые им американские технологии. Есть обходные пути, но они достаточно сложные, дорогие, плюс рискованные. Если кто-то из партнеров китайской компании, находящейся в черном списке, попадется на контрабанде, в этот же список отправится и посредник. Что касается принципа работы подобных схем, до для объяснения, что это, можно просто вспомнить о белорусских креветках, меме, ставшем очень популярным после введения Россией запрета на поставку ряда европейских продуктов.

Так что если Китай не желает покупать чьих-то креветок, стране действительно необходима собственная полупроводниковая промышленность.

Не только полупроводники


Китай планирует постепенно замещать импортное оборудование, позволяющее производить полупроводниковые компоненты, отечественным. К 2025 году страна планирует на 70% обеспечить свои потребности в оборудовании для производства полупроводников собственными силами. 30% остается на импорт, но с каждым годом этот показатель будет снижаться. Слишком высока вероятность усиления конфронтации США и Китая, и КНР не хочет рисковать.

Китай создал специализированный фонд для накопления средств, которые станут использовать для реализации программы полупроводникового импортозамещения. Он называется по-простому Большой фонд (Big Fund). В первую очередь, с его помощью будут финансироваться такие поставщики оборудования для производства электроники, как Naura, Advanced Micro-Fabrication Equipment, Hwatsing, ACM Research, Mattson Technology и Shanghai Micro Electronics Equipment. Эти компании критически важны для достижения первой цели плана Китая развертывания производства для выпуска чипов по 28 нм техпроцессу.

Достижимы ли цели?


В реальности плана властей Китая сомневаются многие представители индустрии, не только зарубежные, но и китайские эксперты. Сюй Цаньхао, профессор университета Сучжоу, считает, что цели правительства Китая слишком амбициозны: Если мы говорим о 40 нм техпроцессе или даже более старых технологиях, конечно, китайские компании могут их освоить. Но если говорить уже о 5 нм техпроцессе, здесь тупик обойти американские компании невозможно. Китай всегда отставал в сфере разработки полупроводников. Кроме того, в производство чипов вовлечено слишком много цепочек.

Возможно, он действительно прав. Дело в том, что китайские фабрики могут предоставить лишь 20% необходимого оборудования и технологий, необходимых для освоения 28 нм техпроцесса. Все остальное придется импортировать из США, Японии, Южной Кореи или Европейского союза. Исключить Соединенные Штаты полностью нельзя, поскольку американские технологии используются практически всеми зарубежными компаниями. Китаю придется строить собственное производство современных чипов практически с нуля. По-другому не получится.

Европейская компания ASML, например, производит фотолитографические системы. Но в основе их лежит американская технология. Разработка этих систем длинный процесс, к которому подключены разные производственные цепочки. Создание национальной на 100% системы подобного класса без участия международных компаний и привлечения иностранных технологий задача невозможная.

Ранее американское правительство запретило этой нидерландской компании продавать оборудование SMIC, одному из крупнейших производителей электронных компонентов Китая. Компании пришлось прислушаться. ASML до сих пор ожидает решения собственного правительства по этому вопросу. Если ожидание затянется, у китайцев возникнут крупные проблемы.

Без этих инструментов Китай останется далеко позади. Если США решат лишить китайские компании доступа к технологиям, Китай мало что сможет сделать. Предприятиям КНР необходимы оборудование и технологии для продолжения работы, сообщил Ден Ванг, аналитик из Gavekal Dragonomics.

Несмотря на то, что китайские компании хорошо финансируются, они получили налоговые льготы, им придется потратить немало времени на создание аналогов американских технологий. США, Европа и Япония потратили полвека на достижение текущего уровня. А Китай собирается пройти тот же путь всего за 2-3 года. Возможно ли это? Сложно сказать, но вероятность достижения успеха все же невелика.

В Китае, конечно же, есть компании, которые разрабатывают и выпускают инновационные продукты. Весной Yangtze Memory Technologies заявила о создании прототипа 128-слойного 3D NAND чипа. Пока что подобных технологий нет ни у кого. Но эта компания использует американские технологии, оборудование, которое нельзя целиком произвести в Китае. Поэтому если США прекратит деловые контакты с этой компанией, ей не удастся повторить свое достижение просто не будет необходимых инструментов.

Не мытьем, так катаньем


Несмотря на все, что сказано выше, шансы достичь поставленных целей у Китая есть. Один из факторов целеустремленность китайцев. Несколько десятков лет назад страна выпускала лишь недорогой и не очень качественный ширпотреб, и это была вовсе не электроника.

Всего за пару десятилетий китайцы смогли стать крупнейшим производителем электроники в мире. При условии правильной фокусировки усилий и целевого расходования средств пройти 50-летний путь пусть не за 2-3 года, но лет за 5-7 все же можно.

Положительный фактор размеры страны и количество населения. Китаю не обязательно нужно рассчитывать на международный рынок своей электронной продукции, хотя очень желательно. У местных производителей есть огромный внутренний рынок объемом в триллионы долларов.

Кроме того, страна может попробовать вначале стать крупнейшим производителем чипов и компонентов для интернета вещей, что не так сложно, как в случае производства чипов для смартфонов и ПК. Объем рынка IoT постепенно расширяется, сейчас даже кофеварки с холодильниками стали умными, не говоря уже о камерах, роботах-уборщиках и всем прочем. Так что Китай может сначала захватить лидерство в этой сфере, а потом, используя наработки и созданную инфраструктуру, попробовать импортозаместить американскую продукцию и технологии.



На правах рекламы


Прямо сейчас вы можете заказать мощные серверы, которые используют новейшие процессоры AMD Epyc. Гибкие тарифы от 1 ядра CPU до безумных 128 ядер CPU, 512 ГБ RAM, 4000 ГБ NVMe.

Подробнее..

SK hynix представила первую в мире память DDR5 DRAM

06.10.2020 10:05:04 | Автор: admin
Корейская компания Hynix представила публике первую в своем роде оперативную память стандарта DDR5, о чем сообщается в официальном блоге компании.



По заявлению SK hynix, новая память обеспечивает скорость передачи данных в 4,8-5,6 Гбит/с на контакт. Это 1,8 раза больше, чем базовые показатели памяти предыдущего поколения DDR4. При этом производитель утверждает, что напряжение на планке уменьшено с 1,2 до 1,1 В, что, в свою очередь, повышает энергоэффективность модулей DDR5. Также была реализована поддержка коррекции ошибок ECC Error Correcting Code. Как утверждается, благодаря этой функции надежность работы приложений возрастёт в 20 раз по сравнению с памятью предыдущего поколения. Минимальный объем памяти платы заявлен на уровне 16 Гб, максимальный 256 Гб.

Новая память была разработана по спецификации стандарта ассоциации твердотельных технологий JEDEC, который опубликовали в 14 июля 2020 года. Согласно тогдашнему анонсу JEDEC, спецификация DDR5 поддерживает вдвое больший реальный канал, чем DDR4, то есть вплоть до 6,4 Гбит/с у DDR5 против имеющихся 3,2 Гбит/с у DDR4. При этом запуск стандарта будет плавным, то есть первые планки, как планировала ассоциация и что и показывает SK hynix, в базе быстрее только на 50% по сравнению с DDR4, то есть имеют канал в 4,8 Гбит/с

Согласно анонсу, компания готова перейти к массовому выпуску модулей памяти нового стандарта. Все подготовительные этапы и тесты, в то числе и тестирование со стороны производителей центральных процессоров, пройдены, и компания начнет активный выпуск и продажу нового типа памяти как только под нее появится соответствующее спецификациям оборудование. В разработке новой памяти активно участвовала компания Intel.



Участие Intel не случайность. Hynix заявляет, что пока основным потребителем памяти нового поколения, на их взгляд, будут дата-центры и серверный сегмент в целом. Корпорация Intel до сих пор доминирует на этом рынке, а в 2018 году именно тогда началась активная стадия совместной работы и тестирования новой памяти была неоспоримым лидером процессорного сегмента.

Джонхун О, исполнительный вице-президент и директор по маркетингу Sk hynix заявил:

SK hynix сосредоточится на быстрорастущем рынке серверов премиум-класса, укрепляя свои позиции в качестве ведущей компании в области серверной DRAM.

Основной этап выхода на рынок новой памяти рассчитан на 2021 год именно тогда спрос на DDR5 начнет расти и тогда же подойдет в продажу и оборудование, способное работать с новой памятью. В создании экосистемы для DDR5 вместе с SK hynix сейчас работают компании Synopsys, Renesas, Montage Technology и Rambus.

К 2022 году SK hynix прогнозирует захват памятью стандарта DDR5 доли в 10%, а к 2024 уже 43% рынка оперативной памяти. Правда, не уточняется, имеется в виду серверная память, или весь рынок, в том числе и десктопы, ноутбуки и прочие устройства.

Компания уверена, что ее разработка, да и в целом стандарт DDR5, будут крайне популярны среди специалистов, работающих с большими данными и машинным обучением, среди скоростных облачных сервисов и прочих потребителей, для которых важна скорость передачи данных внутри самого сервера. Кроме
Подробнее..

Перевод HP Nanoprocessor, часть II реверс-инжиниринг цепей на основе фотошаблонов

06.10.2020 14:22:26 | Автор: admin
Первая часть

В 1974 году Hewlett-Packard разработала микропроцессор для управления различными функциями в собственных продуктах они дисководов для гибких магнитных дисков до вольтметров. Этот простой процессор не дотягивал до обычных микропроцессоров он даже не поддерживал сложение или вычитание поэтому его назвали нанопроцессор. Ключевыми особенностями Nanoprocessor были низкая стоимость и высокая скорость работы: по сравнению с современным ему Motorola 6800 стоимостью $360, Nanoprocessor стоил $15, а операции управления выполнял на порядок быстрее.

Хоть у него и не было операции сложения, Nanoprocessor мог (медленно) складывать числа путём повторного инкремента или декремента (операций, которые он поддерживал). В иных случаях, например, с вольтметром от Hewlett-Packard, к продукту добавляли чипы АЛУ (74LS181), которые занимались быстрым сложением доступ к ним осуществлялся, как к устройствам ввода/вывода. Естественно, будучи полным по Тьюрингу, Nanoprocessor теоретически мог делать всё от вычисления функций с плавающей запятой до запуска игры Crysis; это просто было бы очень медленно.

Фотошаблон процессора можно скачать по ссылке (122 МБ PSD).


HP Nanoprocessor, номер части 1820-1691. Напряжение смещения, -2,5 В, написано от руки оно меняется от экземпляра к экземпляру. Последняя цифра номера части тоже написана от руки, и обозначает скорость работы чипа.

В последующие десятилетия процессор оставался неизвестным, до тех пор, пока его разработчик, Ларри Бауэр, не поделился недавно фотошаблонами и документацией на чип с проектом The CPU Shack. Там отсканировали фотошаблоны и написали статью про Nanoprocessor. После того, как Антуан Берковичи сшил изображения в одно, я написал обзор Nanoprocessor на его основе. Это вторая часть статьи, где я обсуждаю некоторые подробности схемы Nanoprocessor, проводя реверс-инжиниринг на основе фотошаблонов. Функциональные блоки Nanoprocessor интересно изучать, поскольку он обходится минимальной реализацией необходимых функций, оставаясь при этом полезным микропроцессором.

Внутри Nanoprocessor


Как и большинство процессоров той эпохи, Nanoprocessor восьмибитный. Однако он не поддерживает память произвольного доступа, а код исполняет из внешнего двухкилобайтного ПЗУ. У него есть 16 8-битных регистров больше, чем у большинства процессоров, и достаточно, чтобы восполнить отсутствие памяти для многих приложений. У Nanoprocessor было 48 команд значительно меньше, чем 72 команды у Motorola 6800. Однако у Nanoprocessor был удобный набор операций по установке, очистке и проверке битов, которых не хватало другим процессорам того времени. Также у него было несколько команд ввода/вывода, поддерживавших как порты ввода/вывода, так и контакты ввода/вывода общего назначения, благодаря чему с его помощью было легко управлять другими устройствами.

У Nanoprocessor не было команд, поддерживающих работу с памятью, поскольку его разрабатывали для операций, не требовавших хранения данных. Однако в некоторых приложениях Nanoprocessor использовал RAM, считая её устройством ввода/вывода. В один из портов ввода/вывода отправлялся адрес, а с другого считывался байт данных.


Комбинированные фотошаблоны Nanoprocessor (кликабельно)

По изображению фотошаблона, приведённому выше, можно сделать вывод о простоте Nanoprocessor. Синие линии это металлические проводники сверху чипа, зелёные кремний с примесями. Чёрные квадраты по периметру 40 площадок для связи с внешними контактами ИС. Небольшие чёрные участки внутри транзисторы. Если как следует приглядеться, можно насчитать их 4639 штук.

Если учитывать, что декодер команд состоит из пар мелких транзисторов, что сделано для удобства расположения компонентов, и считать эти пары за один, то получится 3829 транзисторов. Из них 1061 подтягивающие вверх, а 2668 активные. Для сравнения, у микропроцессора 6502 было 4237 транзисторов, 3218 из которых активные. У 8008-го было 3500 транзисторов, а у Motorola 6800 4100.

На блок-схеме снизу показана внутренняя структура Nanoprocessor. В середине находятся 16 регистров хранения. Компаратор позволяет сравнивать две величины для обеспечения условного ветвления. Устройство управляющей логики занимается инкрементом, декрементом, сдвигом и битовыми операциями аккумулятора. У него нет арифметических и логических операций стандартного АЛУ. Счётчик программ (справа) извлекает команду из регистра команд (слева); у прерываний и вызовов подпрограмм есть свои стеки длиной в один элемент для хранения адресов возврата.


Блок-схема работы из инструкции к Nanoprocessor

Подчеркну, что, несмотря на свою простоту и отсутствие арифметических операций, Nanoprocessor это не какой-то игрушечный процессор, переключающий линии управления. Это быстрый и мощный процессор, использовавшийся для выполнения сложных операций. К примеру, модуль часов реального времени HP 98035 использовал Nanoprocessor для обработки двух десятков разных управляющих ASCII-строк, а также для подсчёта количества дней в месяце.

Интересным проектом для развлечения может стать создание FPGA-версии Nanoprocessor поскольку Nanoprocessor, пожалуй, является наиболее простым вариантом настоящего коммерческого процессора. В инструкции к нему описаны все команды и даются примеры кода, который можно выполнять.

Регистры


На фото кристалла ниже видно, что значительную часть Nanoprocessor занимают его 16 регистров. С остальными компонентами они общаются посредством шины данных. Цепи сверху выбирают конкретный регистр. Регистр R0, справа, рядом с компаратором.


Значительную часть Nanoprocessor занимают его 16 регистров

Строительный блок регистра два инвертора в цепи обратной связи, хранящие один бит так, как показано ниже. Если на верхнем проводнике 0, правый инвертор выдаст на нижний проводник 1. Тогда левый инвертор выдаст 0 на верхний проводник, завершая цикл. Цепь остаётся стабильной, помня 0. Таким же образом, если на верхнем проводнике 1, он инвертируется в 0 на нижнем, и обратно в 1 на верхнем. Цепь может хранить 0 или 1 таким способом, формируя 1-битовую ячейку памяти.


Два инвертора в стабильной цепи, хранящей бит

На диаграмме ниже показано, как это хранилище с двумя инверторами реализовано на кристалле. Слева показано физическое расположение компонентов, на основе фотошаблона. Раскладка оптимизирована с тем, чтобы ячейка занимала как можно меньше места. Синие линии металлический слой, зелёные кремний. В середине показана схема соответствующей цепи с транзисторами. Каждый инвертор состоит из пары транзисторов, как показано справа. Транзисторы сверху и снизу проходные, они обеспечивают доступ к ячейке хранения.


Хранение одного бита в Nanoprocessor. Каждый бит реализован на 6 транзисторах (ячейка 6T SRAM).

Набор регистров состоит из матрицы таких битовых ячеек. Шина выбора регистра выбирает один регистр (один столбец) для чтения или записи. После этого верхний и нижний проходные транзисторы соединяют инверторы с соответствующими горизонтальными битовыми шинами. Для чтения верхняя битовая шина обеспечивает значение, хранящееся в ячейке; для восьми хранящихся в регистре битов есть восемь битовых шин. Для записи значение передаётся на верхнюю битовую шину, а инвертированное значение передаётся на нижнюю. Эти значения заменяют сигналы инверторов, заставляя их принимать нужное значение и хранить этот бит. Таким образом сетка горизонтальных битовых шин и вертикальных шин выбора позволяет считывать или записывать значение в конкретный регистр.

Декодирование команд


Декодирующие цепи занимаются тем, что принимают двоичный код команды (к примеру, 01101010), и определяют, что это за команда (в данном случае загрузить аккумулятор из регистра 10). По сравнению с многими процессорами, команды у Nanoprocessor довольно просты: у него их относительно немного (48), а код команды всегда один байт. На диаграмме ниже показано, что логика декодирования команд (красная) занимает значительную часть чипа. Регистр команд (зелёный) это набор из восьми защёлок, в которых хранится текущая инструкция. Командный регистр находятся рядом с контактами данных, на которые приходит команда из ПЗУ. В данном разделе мы разберём цепь декодирования, показанную жёлтым.



Декодирование осуществляется NOR-вентилями. Каждый NOR-вентиль распознаёт определённую команду или группу команд. NOR-вентиль принимает на вход биты команды или их дополнения. Когда все входящие биты нулевые, NOR-вентиль сообщает о совпадении. Это позволяет искать совпадения как во всей команде целиком, так и в части команды. К примеру, команда загрузить аккумулятор из регистра R имеет двоичный формат 0110rrrr, в котором четыре последних бита обозначают нужный регистр. NOR-вентиль (bit7 + bit6' + bit5' + bit4)' совпадёт с такой командой.

Структурированный таким образом декодер команд хорош тем, что его можно собрать из компактных и повторяющихся цепей. Его часто называют ПЛМ (программируемая логическая матрица). Идея в том, что входящие сигналы на матрицу подаются по горизонталям, а выходящие по вертикалям. На каждом пересечении может находиться транзистор, и тогда входящий сигнал является частью затвора; если транзистора нет, этот входящий сигнал игнорируется. В итоге получаются компактно расположенные NOR-вентили. В ранних микропроцессорах декодер часто делали из матрицы NOR-вентилей к примеру, так было у 6502-го.

На диаграмме ниже с правой стороны показаны три увеличенных декодера, которые обведены жёлтым на диаграмме выше. Эта схема соответствует самому левому декодеру. Обратите внимание на соответствие транзисторов на схеме розовым пятнам транзисторов на раскладке. Идея в том, что если любой входящий сигнал активирует транзистор, то транзистор подтягивает выходной сигнал к земле. Иначе выход подтягивается вверх резистором. Инверторы снизу усиливают сигнал, благодаря чему тока оказывается достаточно, чтобы питать все восемь частей аккумулятора. Интересно, что в данной раскладке используются пары транзисторов с соединёнными землёй и выходом я не вижу преимуществ перед простым использованием единственного транзистора. В любом случае, обратите внимание, как ПЛМ обеспечивает плотное расположение декодеров.

Обратите внимание, что инвертор в декодере команд подтягивается до 12 В, а не до 5 В. Это оттого, что в Nanoprocessor используются транзисторы с металлическим затвором вместо более передовых транзисторов с кремниевым затвором, как у других микропроцессоров той эпохи. Недостаток транзистора с металлическим затвором повышенное пороговое напряжение, поэтому выходное напряжение транзистора получается значительно ниже, чем напряжение на затворе. Выход с обычного инвертора слишком мал для того, чтобы питать затвор проходного транзистора, поскольку у него на выходе напряжение опять упадёт. Решение использовать для инвертеров декодера, управляющего проходными транзисторами аккумулятора, питание с 12 В. Тогда у сигналов будет достаточно напряжения для активации проходных транзисторов. Иначе говоря, Nanoprocessor нужно дополнительные 12+ В, поскольку в нём используются транзисторы с металлическим затвором вместо более передовых транзисторов с кремниевым затвором.


Одна из цепей декодера Nanoprocessor. Схема слева соответствует самому левому декодеру из трёх, показанных справа.

Данная цепь генерирует сигнал инкремента/декремента, который подаётся в цепь аккумулятора. Цепь обнаруживает совпадение, когда уровень сигналов генератора тактовой частоты, запроса, 6-го бита команды и 2-го бита команды низкий совпадение обнаруживается в виде x0xxx0xx во время фазы выполнения. Среди таких команд Increment Binary (00000000), Increment BCD (00000010), Decrement Binary (00000001) и Decrement BCD (00000011).

Показанная на диаграмме цепь ищет совпадения с командами вида x0xxx0xx, поэтому совпадение находится с гораздо большим количеством команд, чем только инкремент и декремент. Почему же не ищется полное совпадение? Причина в том, что если аккумулятор не используется, то активация сигнала инкремента/декремента значения не имеет. Расширяя список вариантов совпадений, разработчики могли избавиться от некоторых транзисторов в схеме. Важно, что цепь отвергает другие команды, связанные с аккумулятором вроде Clear accumulator (00000100) или Load accumulator from register (0110rrrr).

Компаратор


Важная цепь Nanoprocessor компаратор, сравнивающий хранящееся в аккумуляторе значение со значением из регистра R0. Компаратор использует единственную, но хитрую цепь для их сравнения. По сути, алгоритм сравнивает два числа, начиная со старших битов. Если биты равны, продолжаем двигаться к более младшим. Первое различие в битах определяет, какое значение больше (к примеру, в случае с 10101010 и 10100111 это определяет 4-й бит справа).

Алгоритм реализован в восемь ступеней, по этапу на бит, начиная с самого старшего бита внизу. Каждая ступень состоит из двух симметричных частей одна определяет, выполняется ли неравенство A > R0, а её дополнительная часть проверяет неравенство A < R0. Если числа пока были равны, но на этой ступени обнаружилась разница, ступень генерирует сигнал больше или меньше. Иначе она передаёт решение на более нижнюю ступень. Итоговое решение принимает самая верхняя ступень. Обратите внимание, что сравнение на равенство в компараторе происходит нахаляву если на выходе нет сигналов больше или меньше, значит, значения равны.


Одна из ступеней 8-битного компаратора

На диаграмме ниже показана физическая раскладка двух ступеней компаратора. Одна хитрость раскладки компаратора в том, что он находится между регистром 0 слева и аккумулятором справа, что минимизирует длину проводников. Компаратор обращается к регистру 0 напрямую, минуя обычный путь выбора регистра и шины данных.


Две ступени компаратора так, как это задаётся на фотошаблоне

Команды условного ветвления Nanoprocessor могут проверять выходные данные компаратора. Цепи условного ветвления устроены довольно просто: несколько битов команды ветвления выбирают определённую проверку через мультиплексор. Затем 7-й бит команды решает, выбрать эту ветку, если истина или эту ветку, если ложь. В отличие от большинства процессоров, Nanoprocessor не позволяет проводить ветвление на любой адрес. Он просто пропускает два байта команд, если условие удовлетворено (а обычно в двух этих байтах содержится команда перехода к нужной цели, но иногда там бывают и другие команды). Схема пропуска проста: программный счётчик вызывается повторно, при этом увеличивает значение не на 1, а на 2, пропуская две команды. Получается, что в Nanoprocessor реализован широкий спектр условных проверок на относительно небольшом количестве цепей.

У Nanoprocessor есть большой набор условий для ветвления удивительно большой для такого простого процессора. Можно проверять следующие условия: A > R0, A >= R0, A < R0, A <= R0, A == R0 или A != R0. Кроме того, условное ветвление может зависеть от того, нулевое значение в аккумуляторе, или нет, равен ли нулю конкретный бит хранящегося в аккумуляторе значения, взведён ли флаг переполнения, установлен ли определённый бит регистра ввода/вывода.

Аккумулятор и устройство управляющей логики


Аккумулятор особый 8-битный регистр, в котором хранится байт, обрабатывающийся в данный момент. Операции с аккумулятором проводит устройство управляющей логики (УЛУ), который в инструкции к процессору называют сердцем Nanoprocessor. УЛУ эквивалент арифметико-логического устройства (АЛУ) в большинстве процессоров, только оно не проводит арифметических или логических операций. При этом УЛУ не такое бесполезное, как кажется с первого взгляда. Оно может увеличивать или уменьшать значение в аккумуляторе, как в двоичном, так и в двоично-десятичном коде (BCD). В BCD в одном байте хранятся два десятичных разряда. Это очень полезный режим для ввода/вывода или дисплеев. Также УЛУ может находить двоичное дополнение аккумулятора или сбрасывать его, а также устанавливать и сбрасывать определённый бит. Наконец, оно поддерживает операции сдвига влево и вправо.


Цепи, относящиеся к аккумулятору

На диаграмме выше показаны схемы аккумулятора и УЛУ. На первом участке расположены различные цепи, определяющие нулевое значение, поддерживающие BCD, и обеспечивающие проскок переноса быструю генерацию переноса из 4-х младших битов. На втором участке находится основной аккумулятор и цепи УЛУ. Третий участок распределяет управляющие сигналы от декодирующей логики выше к восьми частям аккумулятора. Последний участок содержит логику декодирования команд, которая декодирует битовые операции и отправляет сигнал нужной части аккумулятора.

Основная часть аккумулятора/УЛУ состоит из 8 частей, по одной на бит, и младший бит расположен сверху. Мы рассмотрим четыре цепи из каждой части: генератор переноса для операций инкремента/декремента, генератор бита для операций инкремента/декремента, мультиплексор для выбора нового значения аккумулятора, и защёлку, где хранится значение аккумулятора.

Каждая часть устройства инкремента/декремента (ниже) реализуется при помощи полусумматора. Направление цепи инкремента/декремента определяет код операции: 0 в младшем бите кода операции говорит, что нужно делать инкремент, а 1 декремент. Цепь переноса слева генерирует сигнал переноса. Для инкремента нужно создавать выходной сигнал переноса, если поступил входной сигнал переноса, и текущий бит равен 1 (поскольку тогда он будет увеличен до двоичного 10). Для декремента линия переноса сигнализирует о заёме, поэтому выходной сигнал переноса генерируется, когда есть входной сигнал переноса (то есть, заём), а текущий бит равен 0.


Одна часть цепи инкремента/декремента

Цепь справа обновляет текущий бит при инкременте или декременте. Текущий бит переключается при наличии входного сигнала переноса по сути, реализация XOR через три NOR-вентиля. Одна из сложностей подстройка под BCD. Для операции инкремента BCD перенос происходит при инкременте цифры 9, а для операции декремента BCD цифра 0 уменьшается до 9, а не до двоичной 1111.

Различными операциями аккумулятора заведует мультиплексор. В зависимости от операции активируется один проходной транзистор, выбирающий нужную величину. К примеру, для операции инкремента/декремента верхний транзистор выбирает выходной сигнал с цепи инкремента/декремента, описанной выше. Транзистор активирует описанный ранее декодер команд, нашедший соответствующую команду инкремента/декремента. Сходным образом команда сдвига вправо активирует проходной транзистор сдвига вправо, подавая n+1 бит аккумулятора в каждую из частей аккумулятора для сдвига значения.


Схема защёлки, хранящей один бит аккумулятора, и мультиплексора, выбирающего входной сигнал для аккумулятора

Защёлка хранит один бит для аккумулятора. При активации транзистора удержания аккумулятора два NOR-вентиля формируют петлю, удерживающую значение. Если вместо этого активируется транзистор загрузки аккумулятора, аккумулятор загружает нужное значение из мультиплексора. Линии сброса бита n и установки бита n позволяют командам изменять отдельные биты аккумулятора; при этом мультиплексор обновляет все биты аккумулятора сразу.

Счётчик и адресация программ


Ещё один большой блок цепей 11-битный счётчик программ, расположенный в левом нижнем углу Nanoprocessor. Также в этом блоке находится защёлка, хранящая адрес возврата из подпрограммы, и ещё одна защёлка, хранящая счётчик программы после прерывания. Их можно представлять себе, как стек длиной в один элемент. В программном счётчике есть устройство инкремента, отвечающее за переход к следующей команде. Оно также умеет делать инкремент сразу на два, позволяя командам условного ветвления пропускать две команды (такое устройство инкремента реализовано просто через увеличение 1-го бита вместо 0-го). Для ускорения работы устройства инкремента у него есть функция проскока переноса; если все шесть младших битов равны 1, он увеличит сразу 6-й бит, не ожидая, пока перенос пройдёт через все младшие биты.

Контроль и тактовая частота


Последняя часть Nanoprocessor схема управления. По сравнению с другими микропроцессорами, схема управления Nanoprocessor кажется почти тривиальной: процессор переходит от такта запроса к такту выполнения и обратно (с периодическими прерываниями). Схема управления представляет собой просто парочку триггеров и вентилей, поэтому о ней особенно сказать нечего.

Заключение


На диаграмме ниже приведены главные функциональные блоки Nanoprocessor. На Nanoprocessor их сумели разместить очень плотно, гораздо лучше, чем я мог ожидать от устаревшей технологии с металлическими затворами. Реверс-инжиниринг показывает, что эти функциональные блоки реализованы простыми, но тщательно спроектированными цепями.

Nanoprocessor использовал транзисторы с металлическими затворами, в то время, как другие микропроцессоры уже несколько лет как начали переходить на транзисторы с кремниевыми затворами. Разница может показаться непонятной, однако на расположение компонентов она оказывает существенное влияние: при изготовлении транзистора с кремниевыми затворами добавляется слой поликремния с проводниками. В результате располагать компоненты становится гораздо легче, поскольку у вас в распоряжении оказывается два слоя с проводниками, способными проходить соседний слой насквозь. Если у вас есть только металлический слой, располагать компоненты гораздо труднее, поскольку проводники мешаются друг другу. В других изученных мною чипах, где применялась технология транзисторов с металлическими затворами, расположение компонентов было отвратительным куча спутанных проводников, доводящих сигналы до каждого транзистора, приводила к тому, что плотность транзисторов оставалась небольшой. Функциональные блоки Nanoprocessor, наоборот, очень тщательно спроектированы, и все сигналы прекрасно ладят. Есть немного лишнего пространства, к примеру, для шины данных, но в целом я впечатлён плотностью раскладки Nanoprocessor.


Функциональные компоненты Nanoprocessor на основе моего реверс-инжиниринга

Nanoprocessor процессор необычный. По первому впечатлению он даже показался мне ненастоящим процессором, из-за отсутствия базовых арифметических операций. Однако, изучив его подробнее, я всё же впечатлился. Его простая конструкция позволяет ему работать быстрее других процессоров того времени. Набор команд умеет больше, чем кажется на первый взгляд. Hewlett-Packard использовала Nanoprocessor во многих своих продуктах в 1970-х и 1980-х, на более сложных ролях, чем можно было бы ожидать к примеру, для разбора строк и выполнения вычислений. После того, как были опубликованы его маски, мы можем узнать все секреты цепей, благодаря которым Nanoprocessor работал.


Nanoprocessor (белый чип) как часть модуля точного времени Hewlett-Packard. Обратите внимание на написанное вручную напряжение; каждому чипу требовалось своё напряжение смещения.
Подробнее..

Инсайд в новых процессорах Intel будет использоваться многочиповая конфигурация

08.10.2020 08:19:04 | Автор: admin
Согласно инсайду портала adoredtv.com, компания Intel перейдет к технологии многочиповой конфигурации к 2021-2022 году, а первым процессором с подобной компоновкой станет серверный чип линейки Sapphire Rapids. По данным, его тепловыделение составит около 400 Вт. Планируемый техпроцесс литографии 10 нм (+++) или SuperFin. Процессор будет оснащен 56(60) ядрами.



Однако это не самое главное, хотя анонс новой серверной линейки, которая придет на смену процессорам Sky Lake важный инфоповод. Но намного важнее то, что Intel сдается в своей борьбе с 7 и 5 нм техпроцессами и переходит к технологиям, которые уже используются их основным конкурентом компанией AMD. По всей видимости, проблемы с более мелкошаговой литографией оказались непреодолимы в обозримом будущем, а давление AMD только усиливается: уже сейчас красные обгоняют Intel в потребительском сегменте, фактически, на полтора-два поколения с учетом линейки Ryzen 5000, которая будет представлена уже сегодня, 8 октября.

Важно отметить, что Intel уже потребовала от источника удалить статью из-за допущенных в ней неточностей, что опосредованно подтверждает как минимум большую часть инсайдерской информации и вообще наталкивает на мысль, что слив организовал маркетинговый отдел компании.

Если говорить о конкретном процессоре на базе Sapphire Rapids, информацию о котором слили adoredtv, то этот процессор станет самой большой новинкой Intel со времен анонса серии Intel Core 8xxx.

Серия Sapphire Rapids будет использовать новое ядро архитектуры Golden Cove, которое придет на смену ядру Willow Cove.


Старый архитектурный роадмап Intel

Ожидается, что Golden Cove получит прирост в показателе межпроцессорного взаимодействия (IPC), в отличие от Willow Cove, у которого фактически было небольшое снижение по сравнению с архитектурой Sunny Cove.

Также планируется, что Intel внедрит в новых процессорах поддержку PCIe 5.0 и DDR5 (об анонсе первых серверных плашек памяти производства SK Hynix мы писали чуть раньше). В процессорах серии Sapphire Rapids планируется до 80 полос и CXL, что вполне конкурентно с IO AMD на ее платформе Rome. Последняя имеет больше полос, но только на скоростях PCIe 4.0. Еще Sapphire Rapids поддерживает память с частотой до 4800 МГц DDR5 и будет иметь поддержку восьмиканальной памяти.

Но, как обычно это бывает у Intel, тут есть пункт со звездочкой. Как в случае максимальной частоты на ядро (для CPU0), и с новыми процессорами существуют специфические ограничения. Описанный выше режим работы в PCIe 5.0 с 80 полосами будет возможен только на топовых моделях последних артикулов линейки; для всех прочих процессоров будет реализовано только 64 полосы.

Намного интереснее компоновка чипов на текстолите. Серверный Sapphire Rapids, скорее всего, будет реализован в виде четырех чипов на текстолитной подложке по 15 ядер на чип, активными из которых планируется только 14. Кроме того, в новых процессорах планируется реализация HBM2e на самом чипе объемом 64 Гб.

То есть, фактически, Intel планирует производить не просто многоядерный процессор, а полноценный чиплет с собственной встроенной памятью.

Подобный подход ожидался от AMD, но красные так и не перешли к полноценной реализации чиплета, ограничившись многочиповой конфигурацией самого процессора. Если Intel на самом деле сможет распаять память прямо на текстолите своего многочипового процессора, это будет рывок вперед и компания опять сможет занять условную позицию лидера в серверной гонке, ограничив поползновения AMD на этот практически монополизированный синими рынок.

Пару слов стоит сказать и о самом сливе инсайда техническому изданию. То, что Intel вяло потребовала удалить статью из-за неточностей в тексте именно с такой формулировкой а так же то, то что слив появился буквально за сутки большой презентации AMD указывает на две вещи.

Первое: Intel в ужасе и слив о новом процессоре тщательно спланированная акция по удержанию репутации компании среди фанатов и клиентов. Второе: презентация AMD, по всей видимости, будет разгромной, если маркетинговому отделу Intel в срочном порядке пришлось организовывать очень наивный и одновременно очень подробный слив о новых серверных процессорах компании наиболее важном сейчас для Intel сегменте рынка, потому что там они до сих пор неоспоримые лидеры и гегемоны.



Подробнее..

Гибрид компьютера и IP-телефона. Анатомия аппаратной платформы GM-Box. Часть 1 прототипирование

08.10.2020 18:22:32 | Автор: admin

Привет, сегодня я начну рассказывать историю разработки аппаратной платформы для создания умных рабочих мест Smart Workspace от зарождения идеи до запуска в серийное производство нашей командой Гетмобит.

Меня зовут Алексей Дударев, в проекте я отвечаю за железо (от разработки до производства). В нашей команде с самого начала я выступал в роли схемотехника, и даже сейчас иногда прыгаю в окоп и беру в одну руку паяльник, а в другую - щуп осциллографа.

Наш продукт это программно-аппаратный комплекс (ПАК), его центральная часть гибридная док-станция GM-Box G1. Это устройство нового поколения все в одном (all-in-one) объединяет в себе: тонкий клиент, IP-телефон, безопасную авторизацию с использованием смартфона, считыватель бесконтактных карт, набор основных модулей беспроводной связи и даже несколько видов зарядки для смартфона.

В серии статей вас ждет описание кейсов промышленного дизайна и прототипирования, разработки электроники и пластиковых корпусов, испытаний и запуска собственного производства в России. Будет много фоток рабочего процесса и откровений инженера, который принял в этом активное участие (т.е. меня). Поехали!

Продукт

Концепция GM-Box претерпела много трансформаций, прежде чем обрести свою физическую аппаратно-программную оболочку. Зачастую обычное офисное рабочее место со стационарным компьютером выглядит громоздко, неудобно и не мобильно: ящик системного блока, периферия, множество кабелей. А еще куча разного софта и лицензий, которые нужно устанавливать, настраивать, и без которых нельзя нормально работать. Вот это все мы собрали в единое устройство все в одном (all-in-one), и получилось не просто устройство, а целая программно-аппаратная платформа, позволяющая перекомпилировать офисное рабочее место в более удобное и отвечающее современным реалиям. Важной частью концепции продукта является смартфон. Его сервисы могут использоваться для совместной работы с Gm-Box. Например, для аутентификации пользователя при подключении к удаленному рабочему столу.

Итого, в серийное производство вышла универсальная док-станция GM-Box G1 - гибрид mini PC и IP телефона в форм-факторе настольного телефона для работы с удаленным рабочим столом (VDI, RDP). А еще устройство нашпиговано интерфейсами, популярными среди пользователей гаджетов и ПК: Wi-Fi, Bluetooth, LTE, Qi, RFID, NFC.

 Живое фото GM-Box G1 (это не рендер) Живое фото GM-Box G1 (это не рендер)Суть GM-Box одной картинкойСуть GM-Box одной картинкой

Методология разработки

Многие в нашей команде раньше уже сталкивались с разработкой сложной электроники и софта, так что имели представление об организации и управлении процессом создания подобного продукта. Визуализация этапов работы над проектом в нашей компании выглядела так:

Этапы создания продуктаЭтапы создания продукта

Конечно, у нас была и доля естественной для стартапа энтропии, с которой мы боролись каждый день. Из особенностей нашего подхода к работе я бы выделил:

  • создание на каждом этапе разработки продукта задела для следующих шагов;

  • формализация требований (технического задания, спецификации);

  • много визуализации (скетчи, фото, 3D модели).

Нам это очень помогло, потому что цена изменений\исправлений в железе вот такая, как на схеме (только в жизни еще дороже, потому что расплачиваться приходится еще и временем с нервами):

Цена измененийЦена изменений

Наши ключевые инструменты для управления работой и ее артефактами:

  • Confluence в качестве базы знаний, механизма отчетов и хранилища истории;

  • JIRA трекер задач для Scrum команды;

  • GitLab храним все исходники;

  • MinIO специализированный репозиторий для бинарников (дистрибутивов);

  • И много-много личного и виртуального общения.

На этапе исследования проблемы и даже раннего прототипирования мы представляли собой команду энтузиастов, создающих продукт в свободное от работы время. Но мы были очень воодушевлены идеей нашего продукта, так что запала вполне хватало.

Проверка гипотезы, разработка прототипов

Путь от идеи к продукту начался с проверки гипотезы, что пользователю действительно необходимо устройство в концепции all-in-one (все в одном), что он готов перейти к работе с виртуальным рабочим столом и может (и хочет) использовать свой смартфон как часть офисного рабочего места. Попутно мы должны были оценить техническую возможность воплотить нашу идею в жизнь. Для этого позарез нужно было что-то для демонстрации продукта и технологий. И это что-то - прототипы. Всего на этапе проверки концепции мы разработали и изготовили 5 версий прототипов, которые мы называли Демонстрационными Образцами (ДО). Вот так выглядел один из скетчей:

Скетч прототипа в черновикеСкетч прототипа в черновике

В процессе подготовки к проверке гипотезы мы определились с обязательными компонентами нашего изделия. Некоторые компоненты отмечены на скетче:

  1. корпус док-станции;

  2. полка парковки с расположением интерфейса взаимодействия\подключения;

  3. зоны расположения клавиатуры;

  4. зоны расположения клавиатуры;

  5. парковка смартфона;

  6. и 6а - телефония;

  7. кабельное подключение смартфона к док-станции;

  8. интерфейсы для подключения периферийных устройств к док-станции.

Остальные компоненты:

  • вычислитель + ПО;

  • подключение к монитору;

  • дополнительные средства телефонии.

Прототип - ДО1

Когда мы, наконец-то, приступили к инженерной работе по созданию первого демонстрационного образца, бумажные скетчи мы трансформировали в 3D модель с учетом технологии литья пластика.

Прототип ДО1Прототип ДО13D blow up модель3D blow up модель

Электронику реализовали на одноплатном ПК на базе процессора ARM1176JZ-F. Взяли этот ПК, чтобы начать с чего-то легкодоступного в ближайшем магазине.

Raspberry Pi 1 Model ARaspberry Pi 1 Model A

Кнопки и прочую периферию подключили к гребенке портов расширения. Корпус распечатали на 3D принтере, немного доработали и покрасили. Именно такой функционал, да еще под технологию прототипирования, нам разрабатывать до этого случая не доводилось, поэтому местами приходилось изобретать велосипед, и результат не сразу получился таким, как надо. Вот к чему сводились основные замечания к прототипу:

  • недостаточная производительность вычислительной системы для работы в web-режиме;

  • неудобный интерфейс установки\подключения смартфона;

  • низкое качество акустики телефонии;

  • работа только в режиме гарнитуры для смартфона;

  • неудобная для сборки конструкция корпуса;

  • низкое качество корпуса и кнопок (3D принтер).

Прототип ДО2\3

Образец ДО2\3Образец ДО2\3

Опыт, полученный при разработке ДО1, мы усвоили и сделали достаточно подробное внутреннее ТЗ, переработали конструкцию и изготовили новые образы по технологии литья в силикон. Конечно, это дороже чем 3D печать, но и внешний вид совсем другой. Уже можно было выносить нас свет божий, чтобы показывать инвесторам и клиентам. После печати пластик покрасили, на прозрачные кнопки нанесли пиктограммы методом УФ-печати, чтобы не истирались. Электронику реализовали на базе одноплатного ПК Odroid-XU4, потому что это был оптимальный выбор из существующих на тот момент на рынке считалок.

Внутреннее устройство ДО2\3Внутреннее устройство ДО2\3

Модификация ДО3 по сравнению с ДО2 устроена была почти так же, за исключением установки некоторых периферий модулей: Qi, NFC, громкая связь. Основные замечания к этой версии:

  • невозможность реализовать в продукте поддержку VDI из-за отсутствия в публичном доступе клиента под ARM CPU;

  • отсутствие свободных драйверов не позволяло нам декодировать поток на GPU;

  • нестабильная работа USB Hub на плате расширения;

  • низкое качество акустики, реализованной на плате расширения;

  • низкое качество акустики телефонии;

  • плохая работа клавиатуры.

Прототип ДО4

Образец ДО4Образец ДО4

К этому этапу мы прокачались до разработчиков, что называется, 80-го уровня, и правильные решения нам уже снились. Архитектурно мы сделали резкий поворот в сторону x86 платформы и это было одним из важнейших решений в продукте. О претензиях к ARM я упомянул выше. Немного повторю и добавлю причины перехода на x86:

  • большое разнообразие VDI клиентов под платформу x86;

  • наличие свободных драйверов под GPU;

  • большое разнообразие качественной периферии + бинарные драйвера x86;

  • легкий доступ к телу вендора процессора (Intel);

  • большое разнообразие софта под x86.

Мы применили Wintel-CXW8-Pro на базе Intel Atom x5-Z8300 Cherry Trail, потому что:

  • производительность, как минимум, не хуже, чем у проверенного нами Odroid-XU4;

  • все необходимые интерфейсы для наших прототипов в наличии;

  • наличие на рынке готовых устройств mini PC в качестве доноров системной платы;

  • низкая стоимость.

Системная плата Wintel-CXW8-ProСистемная плата Wintel-CXW8-Pro

Для проверки релевантности такого решения, еще на этапе ДО2\3, мы собрали один опытный образец и протестировали совместно с одним из потенциальных заказчиков.

У нас возникла идея продемонстрировать реальным пользователям нашу технологию в деле. И тут появилась уникальная возможность реализовать пилотный проект на выборах в Ярославле. Счетчик времени запустился. Предстояла проверка нашей гипотезы о замене обычного ПК на GM-BOX в реальной жизни. Сборка 40 устройств представлялась нам непростой задачей, и вот почему:

  • конструкция корпуса требовала доработки;

  • некоторые электронные узлы еще не были разработаны;

  • несерийное устройство без конструкторской и технологической документации;

  • Firmware не разработано;

  • не обкатанный сборочный процесс, отсутствие нормировки времени сборки;

  • дата готовности, которую нельзя сдвинуть;

  • отсутствие собственного, хотя бы, опытного производства;

  • другие, параллельные задачи по разработке серийной версии GM-Box.

Сложность задачи только подстегнула наш интерес, так что мы начали готовиться к пилоту с использованием ДО4. Внутренняя начинка устройства была устроена так, как на схеме:

Power-Hub Board, схема структурнаяPower-Hub Board, схема структурная

Периферию рисовали в САПР AltiumDesigner и развели на 4-х слоях. На проект электроники в САПР ушло 10 дней. Все компоненты платы создавали в 3D, чтобы гарантированно состыковаться с корпусом. Платы сделали на Резоните, остальные компоненты закупили в РФ. Сложную плату Power-Hub Board собрали на срочном контрактном производстве. Ценник получился ~8000 руб. за плату с учетом количества 40 штук, срочности и монтажа на автоматической линии SMT\THT на партию.

Power-Hub Board 3D модель (Altium Designer)Power-Hub Board 3D модель (Altium Designer)Рабочие образцы Power-Hub Board и Button BoardРабочие образцы Power-Hub Board и Button Board

И вот началась сборка. На фронт призвали почти всех сотрудников от офис-менеджера до технического директора.

Полуфабрикаты ДО4Полуфабрикаты ДО4Опытная партия ДО4Опытная партия ДО4

Пилот на выборах в Ярославле прошел на ура. Развернули 30 рабочих мест, и бинго (!) - не было ни единого сбоя.

Рабочее место члена избирательной комиссии, оборудованное GM-BOXРабочее место члена избирательной комиссии, оборудованное GM-BOX

Прототип ДО5 по кличке горбатый

Образец ДО5 по кличке ГорбатыйОбразец ДО5 по кличке Горбатый

Целью создания ДО5 была проверка гипотезы, что GM-Box c двумя платами и встроенным KVM может заменить два отдельных компьютера на рабочем месте пользователей, работающих одновременно в открытом, публичном и закрытом сегментах локальной сети. Мы сделали несколько демонстраций и пилотов, подтвердили верность нашей гипотезы и добавили этот функционал в список требований к серийной версии.

На фотографии виден горб, в котором спрятана вторая плата Wintel и потроха обычного KVM, купленного в ближайшем компьютерном магазине. Горб распечатали на домашнем 3D принтере. Все остальное хэнд мэйд в количестве двух образцов.

Анатомия ДО5Анатомия ДО5

Заключение

Проверка продуктовых гипотез, сборка и тестирование прототипов, обкатка ключевых технических решений на реальных пользователях важный этап создания продукта, который действительно востребован рынком. Полученные на этом этапе знания, опыт примененных, новых для нас технологий стали фундаментом для разработки, сэкономили время и ресурсы компании на запуск уже серийного изделия.

Когда от проверки продуктовых гипотез на прототипах мы перешли к разработке серийной версии, то это был не менее тернистый путь, о котором я расскажу уже в следующей публикации. Будет также много технических деталей и фотографий.

Полезные ссылки

Рекомендую почитать серию постов команды BOLT Team, про разработку железных продуктов.

Подробнее..

Спутниковая связь против экологических катастроф? Решение дешевле и проще чем вы думаете

11.10.2020 22:19:02 | Автор: admin


В одной из прошлых своих статей я делал обзор микроконтроллеров, а сегодня речь пойдёт о модуле, который поможет им спасти мир. Ну, во всяком случае, от экологических катастроф. Хитроумные датчики на основе микроконтроллеров способны сегодня на многое. Они умеют контролировать уровень воды, определять степень её загрязнения, распознавать подозрительный шум в турбинах, оценивать малейшие отклонения ориентации и даже опасный уровень напряжения в конструкциях зданий и сооружений На основе результатов их работы можно с большой вероятностью предсказать нарастающую опасность возникновения экологической катастрофы. Есть, однако, серьёзная проблема катастрофы имеют обыкновение происходить неожиданно и зарождаться в отдалённых безлюдных местах, порой не охваченных даже сотовой связью. Передать сигнал тревоги в таких условиях бывает совсем не просто. На помощь в таких случаях приходит спутниковая связь. Но ведь это очень сложно и дорого скажете вы.
Года три назад я считал так же, пока не столкнулся в ходе одного из своих проектов с элегантным и недорогим решением проблемы. Оказывается уже давно существует достаточно доступный модуль, на основе которого можно создать автономный спутниковый передатчик. Одного комплекта батареек будет достаточно для поддержания устройства в работоспособном состоянии в течении длительного периода времени от нескольких месяцев до нескольких лет.
Если есть желание познакомиться с темой поближе и не жалко потратить десяток минут своего драгоценного времени милости прошу под кат.



Сегодня повествование пойдёт о весьма удивительной истории создания симплексного спутникового модема STX3 и особенностях процесса передачи сигнала, которые позволяют ему экономить электроэнергию и гарантировать доставку сообщений из любой точки земного шара с очень высокой вероятностью. Чтобы читать было веселее, расскажу и правдивую байку о том, как находчивость инженеров, приспособивших вышедшие из строя спутники для передачи сигналов, позволила снизить как цену модема, так и его обслуживания.

Globalstar. Основание


Больше шансов выиграть у того, кто не отчаивается, столкнувшись с неожиданной проблемой, а пытается обратить её влияние себе на пользу


Так совпало, что в далёком 1991 году, когда мы были заняты революционными преобразованиями, на другой стороне земного шара назревала революция совсем другого рода в области телекоммуникаций. Сотовая связь в то время уже существовала, более того, телефоны, предназначенные для работы в её сетях, стали меньше и легче кирпича, но область покрытия её услугами была настолько мала, что не давала существенных преимуществ перед телефонами спец.связи или радиотелефонами, работающими в коротковолновом диапазоне. В Москве мобильник, в то время, был скорее символом престижа, чем полезным аксессуаром.
Мало кто мог себе представить картину сегодняшних дней, когда не просто голосовая связь, а даже беспроводной интернет доступен почти в каждой отдалённой деревне. На этом фоне перспективы спутниковой телефонии выглядели очень заманчиво и широкое её внедрение сдерживала только необходимость огромных вложений.
Однако, для крупных корпораций и это не было большой проблемой и две из них Loral Corporation и Qualcomm решили рискнуть. В результате объединения их усилий в 1991 году родилось совместное предприятие, получившее название Globalstar.


Оно занялось разработкой технологий космической связи и поиском инвесторов, готовых вложиться в перспективное направление. Желающих было не мало и уже через три года (24 марта 1994 года) удалось собрать консорциум из восьми компаний. Список отцов сооснователей выглядит очень солидно Alcatel, AirTouch, Deutsche Aerospace, Hyundai и Vodafone. Стоит ли удивляться, что Globalstar LP(limited partnership), получило прописку в США, а участники рискнули вложить в мероприятие совсем немалые по тем временам деньги $ 1,8 млрд долларов. На эту сумму Globalstar пообещал ввести в эксплуатацию систему глобальной спутниковой связи уже в 1998 году.

Globalstar. Первый звоночек


На деле, в феврале 1998 года, были запущены лишь первые спутники, кстати, с помощью российских ракетоносителей. В сентябре того же года была произведёна попытка расширить группировку, но российская Советская Космическая Машина дала редкий по тем временам сбой и очередные 12 спутников были утеряны в результате неудачного запуска.
ностальгическое ворчание
Да, это были годы, когда Россия правила бал на рынке космических коммерческих запусков, но деградация уже началась. Положа руку на сердце, ракетоносители правильнее было бы назвать Советскими, поскольку их разработка и, что ещё более важно, налаживание серийного производства было произведено во времена СССР. В конце девяностых неудачные запуски были большой редкостью, возможно потому, что тогда Роскосмосом руководили профессионалы, а не эффективные менеджеры с автоваза и даже не филологи. В конструкторских бюро и сборочном производстве ещё работали специалисты старой закалки. Мифического Дядю Колю, который доподлинно знал в какое место и с какой силой надо пнуть железного коня, чтобы датчик положения встал на своё законное место, ещё не заменил поп с ладаном и кадилом, а дети считали космонавтами людей летающих в космос, а не Однако вложения в новые разработки уже были сведены до минимума, карьера инженера в космической отрасли перестала быть привлекательной для молодёжи, а старые кадры работали практически на голом энтузиазме принципы не позволяли перейти на более хлебное место торговать на рынке или переквалифицироваться в менеджеры по оптовой продаже женских колготок.

Достичь полноценной эксплуатации системы в 98 году так и не удалось, но в ноябре таки был произведён первый международный звонок, с использованием уже запущенных спутников. Этот факт воодушевил инвесторов настолько, что они согласились выделить серьёзные дополнительные средства на продолжение проекта. Денег хватило не только на создание новой дюжины спутников взамен утраченных, но и на восемь дополнительных, для резерва. Таким образом, через год после первого звонка, группировку удалось довести до 44 спутников и система наконец смогла заработать, пусть и в режиме ограниченного доступа, обслуживая первых двести абонентов.
В феврале 2000 года количество орбитальных спутников достигло запланированной цифры в 48 единиц и началась полноценная коммерческая эксплуатация.

Globalstar. По пути Иридиума (банкротство)


Это была победа, но она оказалась пирровой. Основные проблемы у консорциума были те же, что и у подавшего годом ранее на банкротство конкурента, детища Motorola компании Iridium Inc. Банкротство стало прямым следствием низкого уровня продаж услуг спутниковой связи, что исключало возможность выхода на окупаемость даже в отдалённой перспективе. Главными причинами провала продаж стали необоснованно высокие тарифы, превышавшие в несколько раз тарифы уже существовавшей к тому времени спутниковой телефонии от Inmarsat, неверные оценки объёма рынка и главное недооценка масштабов распространения сотовой связи. В случае Глобалстара, на это наложились расходы с потерей спутников и затраты на создания их резерва на случай повторной неудачи.
Стоимость звонков не позволяла окупить даже текущие расходы, к примеру, минута звонка из Европы в Бразилию в то время составляла 1 доллар 79 центов.
Как результат, в феврале 2002 года Глобалстар вынужден был пойти по пути Iridium и вместе с тремя дочерними компаниями подать добровольное ходатайство о банкротстве, в полном соответствии с главой 11 Кодекса США. Тут следует отметить, что банкротство в США радикально отличается от банкротства в России.
скучные рассуждения о национальных особенностях банкротства
В России банкротство зачастую ассоциируется с насильственным отъёмом собственности, сопровождаемым такими неизбежными атрибутами, как силовой захват офиса, представление в стиле маски шоу, многомесячное (часто даже многолетнее) пребывание бывшего собственника в местах предварительного заключения, срочный вывод капитала за рубеж, распил и вывоз на металлолом всего, что плохо лежит, сдача помещений в аренду под офисы и т.п. В США это, прежде всего, списание долгов с последующей продажей новому собственнику по символической стоимости, но с определёнными условиями в виде обременения. Поскольку для инвесторов это крайне невыгодно, для таких действий приходится получать разрешение и сделать это бывает ой как не просто, но игра стоит свеч. Новый собственник, получивший компанию в управление без обременительных долгов, имеет возможность быстро вывести её на самоокупаемость и запустить процесс роста. Закрытие предприятия или радикальная смена профиля является скорее исключением, чем правилом.

Болезненный процесс реструктуризации длился целых два года и закончился в 2004.

Высший пилотаж. Извлечение прибыли из неисправного оборудования


Компания наконец снова смогла приступить к активной деятельности, но столкнулась с очередными серьёзными проблемами, на этот раз техническими. От клиентов пошёл быстро возрастающий поток жалоб на ухудшающееся качество связи. Итоги анализа ситуации техническими специалистами были неутешительны.
Выяснилось, что приёмники сигналов, поступающих от абонентов на спутник, работают нормально, а вот передатчики, отправляющие сигналы абоненту, деградируют гораздо быстрее, чем ожидалось. То ли при их разработке не учли в полной мере фактор воздействия космического излучения, то ли неправильно рассчитали тепловой режим, но так или иначе, уровень и качество сигнала стало заметно снижаться. Чтобы справится с этой проблемой компания была вынуждена начать разработку спутников нового поколения, а в качестве пожарной меры, в 2007 году Глобалстар запустил все восемь пылящихся в резерве запасных спутников первого поколения в космос. Разработка спутников нового поколения была завершена к 2010 году, после чего был запущен их поэтапный вывод на орбиту. До 2013 года удалось запустить все 24 спутника второго поколения, что позволило восстановить работу системы сервиса в полном объёме.
Однако перед руководством встал вопрос как быть со старыми спутниками? С передачей сигналов дела у них складывались совсем скверно, но на малой скорости отправлять данные они были ещё способны, а приёмники вообще работали отлично. Жалко было топить их в океане или наоборот выводить в качестве космического мусора на более высокую орбиту.
Мозговой штурм помог решить проблему очень изящным способом. Сначала были выпущены дуплексные модемы с уменьшенной максимальной скоростью обмена данными до 1200 бод и ниже. Для многих применений этого было достаточно и с учётом того что, как сами модемы, так и поддерживающие их тарифные планы, можно было продавать по демпинговым ценам, спрос на них оказался достаточно высок. Воодушевлённые успехом, инженеры пошли дальше в поисках решения, позволяющего максимально задействовать потенциал частично вышедших из строя спутников.
Вскоре было найдено невероятно красивое решение, поражающее своим минимализмом в новой серии модемов функция приёма отсутствовала напрочь, а передача одного сообщения ограничена посылкой длиной всего в 9 байт! Так появился SPOT.

SPOT


Для производства и распространения нового изделия была зарегистрирована отдельная торговая марка SPOT. По сути, он работает по принципу, чрезвычайно популярных в 90 годах прошлого столетия и даже начала двухтысячных, но сейчас уже порядком подзабытых, GSM пейджеров, только с некоторыми нюансами, обусловленными особенностями применения спутниковой связи.

Главными его особенностями стали следующие:

  • Устройство не имеет канала приёма данных вообще. Оно является так называемым симплексным модемом, способным только отсылать сигналы в космос
  • Сигналы передаются очень короткими пакетами размером всего в 9 байт!
  • Для того, чтобы гарантировать доставку сигнала до пользователя с высокой вероятностью, используется повторная передача данных через определённые интервалы времени

Что же это дало?

  • Благодаря отсутствию приёмника удалось упростить схемотехнику устройства, но главное, существенно снизить его энергопотребление постоянно работающий приёмник слабого сигнала классического спутникового телефона является главным потребителем энергии
  • Короткие сообщения занимают очень мало времени и не создают большого трафика. Это значит, что одновременно данные могут передавать большое количество устройств
  • Повторение сообщений через заданные интервалы времени позволяет доставить сигнал даже в условиях существенных импульсных помех и неудачного расположения спутника в момент старта передачи

Таким образом, стало возможным организовать передачу данных с вероятностью успешной доставки до получателя выше 99%. При этом, по сути, уже неисправные спутники, стали способны обслуживать огромное количество абонентов. Группировка из 24 новых и большого количества доживающих свой срок старых спутников обеспечивала весьма плотное покрытие земной поверхности.
В сотрудничестве с новым партнёром Axonn LLC, Глобалстару удалось быстро разработать и наладить производство дешёвых симплексных спутниковых модемов. Позже появилась разновидность содержащая в одном корпусе ещё и GPS модуль. На основе этого чипсета создали малогабаритное устройство для путешественников и людей экстремальных профессий, способное передать сигнал бедствия из любой точки земного шара.



На момент начала моей разработки было доступно два симплексных модема. STX3, о котором сегодня пойдёт речь, лежит на моей руке справа.

STX3. Мал да удал


STX3 чрезвычайно компактное, для спутникового трансивера, устройство. Он стоит того, чтобы поговорить о нём подробнее. Первое, что удивило меня, когда он попал ко мне в руки малые габариты. На рисунке они указаны в дюймах.
Модем имеет два входа питания. Один для цифровой части, напряжение питания которой может находиться в пределах от 3 до 5 Вольт, при типичный токе потребления в активном режиме менее 3 миллиампер и менее 50 микроампер в режиме ожидания.
Аналоговая часть ВЧ передатчика имеет отдельный вход, на который можно подавать напряжение в диапазоне от двух до пяти Вольт.
Ток потребления в режиме покоя микроамперы, а в момент передачи высокочастотного сигнала на спутник, при напряжении питания 5 вольт, может достигать 500 мА, но исходя из моей практики, обычно находится в районе трёхсот. Один сеанс передачи пакета данных из 9 бит продолжается примерно 200 миллисекунд. Нетрудно подсчитать, что мощность, потребляемая за время одной посылки данных в космос от батарейки, меньше чем среднее потребление в режиме сна, при условии, что передача данных осуществляется не чаще раза в час.
Заглянем в даташит, чтобы понять каким образом сигнал доходит до адресата. Модем отправляет сообщение в аналоговом формате. Он понятия не имеет сколько спутников находятся в его зоне действия и находится ли вообще хотя бы один.


Сообщение принимает один или несколько спутников и ретранслируют его на спутниковый шлюз. Благодаря тому, что вместе с информацией в каждом сообщении дополнительно посылается его идентификатор и серийный номер модема, аппаратура шлюза удаляет дубли сообщений и перенаправляет полезную информацию на наземную станцию, откуда по сети интернет она приходит либо на электронную почту либо на сервер конечного клиента.

Разбираемся с пакетами, сообщениями и режимами их отправки


Давайте разбираться как отправляются данные, это пожалуй самый сложный и запутанным момент в работе с модемом.
Одной командой можно передать сообщение размером от 1 до 144 байт. Но физически модем отправляет сообщение пакетами, максимальная длина каждого из которых не превышает девяти байт. Для наглядности снова обратимся к даташиту.


Хотите отправить 2 байта модем упакует их в один пакет из 9 байт, хотите 15 или 18 тоже в два. Максимальное количество пакетов, отправляемое в ходе передачи одного сообщения 144/9=16. Количество пакетов важно знать, если хотите минимизировать расходы времени передачи, а соответственно и ресурс батарей. Мне, в своё время, пришлось немало потрудиться чтобы упаковать в 9 байт данные модуля GPS о местоположении и служебную информацию.
Процесс передачи одного пакета данных в даташите именуется как Birst

Не имея обратной связи модем не может определить успешно ли прошла передача. Возможно в зоне приёма, в момент отправки данных, нет ни одного спутника и именно в этот момент времени, по вашему каналу на спутник уже начал передачу другой, расположенный по соседству модем Для того, чтобы повысить вероятность того, что ваше сообщение попадёт к адресату, используются повторные отправки.
Режим отправки настраивается с командой SETUP, имеющей достаточно большую функциональность. В ней задаётся количество повторов, которое может варьироваться в широких пределах от одного до 30. По умолчанию модем настроен на три повтора. Кроме того, вы можете регулировать время между повторами, причём модем имеет механизм отстройки на случай, если два модема начали передачу одновременно и с одинаковым интервалом.


Отправка пакетов модемом производится через псевдослучайные интервалы, а в сетапе вы задаёте минимальное и максимальное время интервала между посылками.
Минимальное время между посылками можно изменять в пределах от 5 до 300 секунд
Максимальное время от 10 до 600 секунд.
При этом максимальное время должно быть хотя бы на пять секунд больше минимального. Если это условие не выполняется, то в реальности максимальное время устанавливается модемом на 5 секунд больше минимального.
Чуть не забыл упомянуть, что время между посылками можно задавать с дискретностью в 5 секунд.


В этой главе осталось прояснить только один момент ситуацию, когда отправляется сообщение, состоящее из нескольких пакетов. Если посмотреть на рисунок сверху, то создаётся впечатление, что 9 байтные пакеты в пределах одного сообщения отправляются один за другим, практически без пауз. На практике я столкнулся с совсем другой историей. Между передачей 9 байтовых пакетов существует пауза и она равна установленному значению в сетапе. В результате посылка одного сообщения из нескольких пакетов растягивалась на какое-то уж совсем неприличное время.

Вместо послесловия


На сегодня пожалуй достаточно информации. Если статья вызовет интерес, в следующей расскажу о том, как мы создавали свою платформу для сбора данных по BLE интерфейсу и отправки их через спутник. Подробнее остановлюсь на Hardware части проекта и возможных областях применения.


Пока же прошу, дочитавших до конца, принять участие в традиционном для моих статей опросе.
Подробнее..

SamsPcbCalc, часть 2 Сколько тепла может рассеять печатная плата?

12.10.2020 22:07:24 | Автор: admin
С совершенствованием элементной базы всё меньше энергии уходит в тепловую: снижается сопротивление транзисторов в открытом состоянии, растут частоты импульсных преобразователей напряжения. Но от задачи теплоотвода в рамках текущей полупроводниковой парадигмы никуда не деться, тот же рост производительности при увеличении степени интеграции уже приводит к пределу плотности тепловыделения. Для микросхем с мощностью тепловых потерь более 1 Вт тепловая задача важна не меньше, чем электрическая. Нужно ли отводить тепло на корпус? Или использовать радиатор для микросхемы? Для ответа на эти вопросы не всегда требуется моделирование тепловой задачи с помощью КЭМ. В этой статье рассматриваем достаточно гибкую модель, которая позволяет быстро получить предварительную оценку теплового сопротивления плата-среда с хорошей точностью.



О важности тепловой задачи можно судить по упрощённому эмпирическому правилу, гласящему, что каждое повышение температуры на 10 оС снижает срок наработки до отказа в 2 раза. То есть, если при 55 оС микросхема проработает 10 лет, то при 65 оС только 5. Достаточный аргумент, чтобы несколько улучшить теплоотвод от микросхемы, если не играть в запланированное устаревание. Это правило далеко не истина в последней инстанции, но качественно оно верно (подробнее можно прочитать, например, здесь).

Организация теплоотвода это почти всегда накладной процесс, который усложняет трассировку, поэтому его нужно планировать заранее. Для этого нужно понимать, сможет ли сама печатная плата справиться теплоотводом. Производители микросхем указывают в документации параметр тепловое сопротивление кристалл-среда RJA. Казалось бы:


и оценка готова. Но это грубо, очень грубо. Тепловое сопротивление сильно зависит от печатной платы. И то, что указано, было получено в эксперименте на стандартизованной печатной плате (например, как на рисунке 1), которая, скорее всего, будет сильно отличаться от той, что получится у Вас. Скажем так, можно получить гораздо лучший теплоотвод при меньшей площади.


То, на что стоит обращать внимание это тепловое сопротивление кристалл-плата RJB или RJС(bottom). Это то, что уже от разработчика не зависит и определяется корпусом и его внутренней конструкцией. Но тут чаще всего выбор корпуса определяется мощностью тепловых потерь, и основной перепад температур будет на плате. Итак, вышеуказанную формулу для случая теплоотвода через плату переписываем так:


где RBA тепловое сопротивление печатной платы с заданными параметрами. Рассчитать это сопротивление можно на основе красивой модели, которая предложена в которую можно извлечь из замечательной статьи от ON Semiconductor. Статья, на самом деле, не является пошаговой инструкцией, это своего рода набросок модели. Мне пришлось её раз 10 прочитать, чтобы прийти к модифицированной модели, которую в итоге и реализовал в калькуляторе на своей платформе. В основе расчетов лежит чёткая математическая модель (описана вот в этой публикации от тех же ON Semiconductor) тепловой задачи однородного кольца, через внутреннюю поверхность которого гонится поток тепла. Теплоотвод за счёт конвекции, то есть это не про вакуум (там тепло нужно гнать на корпус). Схема задачи на рисунке 2, а дифференциальное уравнение и интересующая нас часть его решения следующие:



Всё с этим уравнением прекрасно (кроме модифицированных функций Бесселя), и можно решать для одной поверхности с конвекцией (убрав 2 в корне), но вот только платы чаще всего без радиальной симметрии и не однородные, а ещё и тепло поступает неравномерно по внутреннему радиусу. Поэтому нужно адаптировать. Первые два вопроса решаются разбиением на кольцевые зоны с однородными свойствами с той же площадью. Для решения последнего нужно строить приближённую модель цепи тепловых сопротивлений. На рисунке 3 то, что предлагалось в оригинальной статье. Предлагается бить плату на три зоны: зону под микросхемой, зону с полигонами на внешнем слое и зону только с полигонами на внутренних слоях. Учитываются только проводники, которые непосредственно соединены с микросхемой, (условно, звонятся).

Верхний и нижний полигоны предлагается усреднить и взять среднюю площадь металлизации. С этим я не очень согласен, так как влияние на теплоотвод у этих слоёв очевидно разное, плюс они могут сильно отличаться по площади (нижний чаще будет больше по площади). Поэтому я разбил плату на верхнюю и нижнюю половины и делал расчёт для каждой части отдельно.

В статье много графиков с влиянием различных параметров, их полезно посмотреть. Свой подход к разбиению платы откалибровал на этих графиках (рисунок 4) они для корпусов QFN5X5, QFN6X6 и QFN3X3, соответственно. Когда плата очень большая, график ложится на предел, связанный с тепловым сопротивлением переходных отверстий, но их параметры не указаны. Я брал диаметр 450 мкм, толщину стенок 20 мкм, без заполнения.





Видно, что модели коррелируют, но добиваться 100% совпадения я не стал, так как всё равно нет всех входных данных. Кроме того, есть странный момент с переходными отверстиями (рисунок 5), их отсутствие практически не влияет на тепловое сопротивление, что не очень интуитивно.



Ещё на нижнем графике на рисунке 4 видно два ряда данных, где я считал двухзонную модель двумя методами: с помощью умножения матриц, как описано в статье AND8222/D, и с помощью модели, как на рисунке 3, только зона под микросхемой выброшена (она не вносит вклад в сопротивление). Видно, что график из статьи выходит на примерно ту же асимптоту, как будто отсутствует влияние переходных отверстий. Это для меня стало ещё одним фактором, что в их модели что-то не так с учётом влияния переходных отверстий (либо я чего-то не понимаю).

Калькулятор оказался полезным хотя бы в том плане, что позволил от качественных представлений о влиянии различных параметров перейти к количественным оценкам. Можно сделать вывод, что тепловое сопротивление платы можно загнать в район 10 оС/Вт даже на стационарном воздушном потоке. Для рассеивания 2-3 Вт вполне достаточно будет. Ещё полезное замечание, что значимую роль при теплоотводе играет только металл, непосредственно соединённый с микросхемой. Хотя, конечно, чем больше объёмная доля меди в плате, тем будет выше эффективный коэффициент теплопроводности. На основе этого калькулятора можно нарастить наличие радиатора на микросхеме и теплоотвод на корпус, это тоже буду делать. Если там будет что-то интересное, то поделюсь в следующих публикациях.
Подробнее..

Немного индустриальной истории Intel в честь Manufacturing Day

16.10.2020 10:22:46 | Автор: admin
image
Первое принадлежащее Intel здание в Санта Кларе, Калифорния
Manufacturing Day или День промышленности отмечается в США в первую пятницу октября. Это неофициальный, но все более значимый для страны праздник, призванный, в первую очередь, вдохновить на трудовые свершения новые поколения промышленников. Пользуясь случаем, мы решили показать фото из архива Intel, когда производство компании делало свои первые шаги.
Даже гиганты индустрии когда-то были маленькими важно сделать правильный зачин.


Один из отцов основателей Intel Роберт Нойс (справа) и Пол Брассёр наблюдают за работой сотрудницы на линии создания подложек. Маунтин Вью, Калифорния, середина 70-х


Вещи пакуются, а работа идет. Энди Гроув (справа сзади), бывший исполнительный директор и председатель совета директоров Intel, вместе с другими сотрудниками готовится к переезду в первое принадлежащее компании здание в Санта Кларе, Калифорния именно оно показано на КДПВ. 1971 г.


Intel открывает свое первое международное производство в Малайзии. Обратите внимание, что рабочая одежда сотрудниц сшита из местной ткани, батика. Пенанг, Малайзия, 1972 г.


Линия сборки и тестирования. Каждый готовый процессор изучался под микроскопом. Малайзия, 1975 г.


Сотрудники наблюдают за работой печей. Маунтин Вью, Калифорния, 70-е


Амуниция для чистых комнат (aka костюм кролика) впервые появилась на заводе Fab3 в Ливерморе, Калифорния, в 1973 году. До этого сотрудники носили простые халаты. Фото 1978 г.


Техник на заводе в Ливерморе, Калифорния, загружает поднос 4-дюймовыми подложками


Специалист использует вакуумный щуп для загрузки 4-дюймовых подложек. 1979 г.


Техник держит 4-дюймовую подложку. 1990 г.


И, наконец, сегодняшний день. Слева направо: Исполнительный директор Intel Боб Суон, менеджер проекта автоматическая линия доставки материалов Мишель Стрмиска и старший вице-президент Кейван Есфарджани стоят под той самой автоматической линией доставки мы ее вам показывали.
Подробнее..

Ажиотажный спрос на новые карты Nvidia заслуга не производителя, а косоруких разработчиков игр

21.10.2020 16:06:58 | Автор: admin
После презентации новой линейки видеокарт серии RTX 3000, компания производитель графических чипов Nvidia столкнулась с беспрецедентным спросом на свою новую продукцию. Превышение розничных цен на топовые модели RTX 3080 и RTX 3090 составляет и $500 и более, что больше рекомендованной цены на 30-60%.



Причем просто на завышенных относительно оглашенных на презентации ценах проблемы с новыми RTX не заканчиваются. Так, один из официальных торговых партнеров MSI был уличен в спекуляции новыми видеокартами на онлайн-аукционах, а сами Nvidia заявляют, что купить по адекватной стоимости новые RTX 3080 и RTX 3090 можно будет не раньше следующего года. При этом релиз и поступление в продажу самой вкусной карточки RTX 3070 было вовсе отложено на две недели, с 15 на 29 октября 2020 года.

Человек, далекий от ПК-гейминга и релизов флагманских моделей железа справедливо спросит: вы там что, совсем кукухой поехали? Какие 1200-1500$ за видеокарту? Какой ажиотажный спрос? Что вообще происходит? Так вот, сейчас я, автор статьи, объясню, почему Nvidia столкнулась с таким ажиотажем вокруг RTX 3000 серии и почему геймеры с нетерпением ждут поступления в продажу этих видеокарт по заявленной стоимости.

То что RTX 3000 серии геймерские карты ни у кого сомнений не вызывает. Для вычислений и науки у Nvidia давно есть карты серии Tesla V100 и Tesla A100. Это мощные графические ускорители за тысячи долларов, задача которых крайне проста и очевидна считать. Причем считать, в основном, всякие научные штуки в составе вычислительного кластера. Новые A100, которые сейчас поступают в ограниченный тест, по заверениям Nvidia вовсе в 6 раз производительнее далеко не слабой V100. Собственно, о возможностях этих карт можно судить по официальным спецификациям с сайта Nvidia:



Говорю я о семействе ускорителей Tesla по одной причине: архитектура Ampere. Именно она лежит в основе графических ускорителей Tesla и до этого момента карточки на Ampere стоили до $10 тыс. и имели весьма узкую специализацию. В первую очередь, ускорители Ampere были направлены на тренировку нейросетей и по заверениям производителя справлялись с этой задачей на порядки лучше, чем другие решения. По официальным данным, карты на базе Ampere ускорили обучение нейросетей до 20 раз.

Но тут Nvidia выпускает потребительские видеокарты для геймеров с использованием той же технологии. Это как если бы Intel с 2016 года клепал серверные процессоры на литографии в 2 нм для суперкомпьютеров, каждый из которых стоил бы $10 тыс. и более, а тут внезапно вбросил бы новую серию Intel Core по $500 за штуку на той же технологии. Очередь бы выстроилась знатная.

Для Nvidia все выглядело красиво: больше мощностей по меньшей, по сравнению с триумфальной серией RTX 2000, цене, научная архитектура в компьютерах геймеров, поддержка большего разрешения и так далее и так далее. Вот только в коридорах Nvidia не ожидали, насколько потребитель нуждается в мощной видеокарте и что RTX 2080 Ti уже давно не удовлетворяет всех потребностей рынка.

Хотя RTX 3000 серии не показывает кратного превосходства над RTX 2080 и RTX 2080 Ti, а грядущий хит продаж бюджетная карточка RTX 3070 всего на десяток процентов производительнее флагмана предыдущего поколения (вдвое меньшую стоимость мы пока опустим), рынок по-настоящему нуждается в этих видеокартах.

Давайте немного проанализируем, чем меряются производители пользовательского железа на своих презентациях, то есть каких попугаев для демонстрации своего превосходства они используют.

Нанометры, число ядер, частоты, TDP и так далее


Если говорить о процессорах и видеокартах, то главным аргументом любого спикера, прогуливающегося по сцене и представляющего новый продукт публике, будет нанометраж техпроцесса и количество логических и прочих ядер. Сколько потоков, какой термопакет у нового камня, какую систему охлаждения придумали прикованные к батареи дизайнеры в недрах компании.

Само собой, идет абстрактное сравнение производительности с оборудованием конкурентов и с оборудованием собственного производства, но предыдущего поколения. Все это придает презентации фактуры и заставляет аудиторию качать головой в такт увещеваниями спикера.

На самом деле, тут иронии минимум. Компании на самом деле добиваются впечатляющих результатов по всем этим параметрам. Особенно радует TDP процессоров красного лагеря: AMD последовательно увеличивает производительность своих камней, при этом удерживаясь в стандартном термопакете уровня 65-105 Вт. Это позволяет не городить огромные системы охлаждения, как во времена электровафельниц поколения FX, неадекватно большой термопакет которых стал легендой.

FPS в играх


А вот этот параметр всегда стоит отдельно. Как это не удивительно, но и на презентации центральных процессоров, и на презентации видеокарт всегда показывают количество кадров в секунду в самых последних и популярных играх. Вот, последние годы от презентации к презентации мелькают Fortnite, Call of Duty, Battlefield, Apex Legends, Control короче, все те игры, которые на максимальных настройках графики делают видеокарте больно. Вот в этом году делали больно в разрешении 8к.



Для закрепления можно показать точно такой же по своей сути слайд с презентации процессоров Ryzen 5000 серии, которая прошла около двух недель назад:



И все эти столбцы всегда выглядят очень красиво и приятно. С каждым поколением производительность видеокарт и центральных процессорах в играх растет, а именно для игр это железо, в основной своей массе, и производится. Вот только все не так просто.

Почему все геймеры мира хотят оторвать разработчикам игр руки


Одна из главных причин, по которой геймеры всего мира бросились заказывать новые RTX 3080 и RTX 3090 в надежде заполучить карточку любой ценой не в тупости этих самых геймеров, и даже не в желании опробовать революционные 8к и так далее. Главная причина желание получить хоть сколько-нибудь стабильную производительность, которая бы соответствовала бы возможностям современной периферии, в первую очередь, мониторам.

Для людей, далеких от игровой индустрии расскажу одну тайну: 60 FPS уже давно не стандарт. Да, почему-то на презентациях производители до сих пор говорят о стабильных 60 кадрах в секунду, как будто бы эта производительность дает идеальный игровой опыт, но суть в том, что на рынке игрового оборудования уже давным-давно доминируют мониторы с частотой обновления экрана в 144 Гц, а на пятки им, стремительно дешевея, наступают мониторы с частотой 240 Гц.

Это значит, что для плавной картинки на этих экранах нужен и соответствующий FPS: 144 и 240 кадров соответственно.

И вот тут кроется корень проблем всей индустрии. Если раньше высокогерцовые экраны были прерогативой киберспорта, игроков в CS:GO и Quake, то теперь 144 Гц если у любого уважающего себя игрока. 60 кадров остались в далекой древности: сейчас это стандарт для бюджетных офисных мониторов, потому что частота в 144 Гц дает ощутимое преимущество.

Описать на словах эффект от высокогерцового монитора сложно, но я попробую: представьте, что все внезапно стало двигаться чуть медленнее и намного плавнее. В движении пропадает эффект размытия и вы начинаете замечать малейшие детали. Вращение камеры вокруг всоей оси больше не вызывает дезориентацию, вы продолжаете четко видеть окружающий персонажа мир. На рабочем столе движение курсора теперь намного более явно: если на 60 Гц при резком движении мышью вы зафиксируете взглядом курсор мыши в 5-6 местах, то уже на 144 Гц вы увидите его одновременно в 15-20 точках. На 240 Гц экранах эффект еще более впечатляющий, вы буквально взглядом сможете зафиксировать весь путь курсора мыши на высокой скорости. Для иллюстрации хорошо подходит знаменитый кадр из CS:GO, который демонстрирует разницу в тикрейтах сервера. Примерно то же происходит на высокогерцовых мониторах в плане отрисовки движения:



Именно поэтому, для четкого отображения происходящего в малейших деталях, все геймеры планеты уже плавно перешли на 144 и 240 Гц дисплеи, а кто не перешел либо мечтает перейти, либо играет исключительно в пасьянс.

Но при этом нас до сих пор настойчиво убеждают, что 60 FPS достаточное значение производительности. На этот параметр ориентируются разработчики игр, ориентируются производители железа. Однако как только речь заходит о работе игры в стабильных 144 FPS или, боже упаси, 240 FPS, пусть и на минимальных настройках графики, начинает происходить непонятное: ни одно существующее оборудование не может толком справиться с этой задачей.

Давайте возьмем две самые косорукие игры современности в плане перфоманса: Call of Duty: Warzone и Apex Legends. Обе делались совершенно разными студиями. Первая производства Activision Blizzard, вторая Respawn Entertament под патронажем Electronic Arts. Обе из популярного жанра Battle Royale, обе имеют обширные карты и огромную фанбазу.

Для обоих игр буквально с момента их релиза инженеры Nvidia истерично клепают патчи видеодрайвера, чтобы хоть как-то заставить их работать. Именно инженерные команды драйверописателей уж точно в курсе, что игрокам глубоко плевать на 60 FPS, вертикальную синхронизацию и все то, что увеличивает инпутлаг. Им нужны максимально высокие стабильные кадры хотя бы на топовых видеокартах.

Если вы не верите этому утверждению, можете погуглить сами: в сети сотни статей о повышении FPS в Call of Duty и Apex Legends, сотни тредов о конфигах, которые бы уменьшали графику или убирали лишние модели для снижения нагрузки на видеокарты, а так же масса рассказов о шаманизме, разгоне железа и прочих плясках с бубном.

Просадки производительности в топовых онлайн-играх, особенно в динамичных шутерах болезненная реальность игровой индустрии последних лет. Разработчики буквально забивают болт на производительность своих продуктов за пределами 60 FPS и включенной вертикальной синхронизации, которая погружает камеру в кисель и создает чудовищный инпутлаг, чем вынуждают игроков вкладываться во все более и более мощное оборудование.

Скажу больше, все настолько плохо, что RTX 2080 Ti в указанных играх способны выдавать стабильные 144-190 кадров в секунду только при минимальных конфигурациях графики, но даже при этом иногда случаются дропы FPS! Любая граната, блик или огонь в кадре и все, ваши фреймы машут вам рукой и говорят ну, как это закончится, наберешь, FPS проседает до сотни.

Ситуация достигла уже такой шизы, что Nvidia приходится на своем официальном сайте выпускать официальные гайды по настройке видеокарты и графики в игре, чтобы выжать из нее необходимые комфортные для игроков значения кадров!



Именно по этой причине значительная часть геймеров и ломанулась покупать новые RTX 3080 и RTX 3090, просто в надежде, что уж на этих-то картах любимые игры смогут работать стабильно хотя бы на минимальных настройках графики.

Это не заговор, это нулевая культура разработки


Сейчас рынок находится буквально в западне. С одной стороны с каждым годом выходит все более и более мощное оборудование. Банально память DDR4-1600, которая лет пять назад считалась неплохой, сейчас уже перешла в категорию медленной офисной, а топовые когда-то DDR4-2400 сейчас просто середняк. То же происходит с процессорами, видеокартами, скоростью дисков и так далее и так далее.

Неискушенному пользователю, далекому от гейминга, может показаться, что конфигурации из i9-10900k, DDR4-3200, разогнанной до 4000 Mhz, все это с быстрым SSD и RTX 2080 Ti должно хватать для чего угодно на ультра настройках, но правда в том, что эта конфигурация с трудом обеспечивает 144-200 FPS в новых проектах. Вычеркните из списка выше любую составляющую и вставьте что-то попроще и дешевле, например, RTX 2060S или core i7, и показатели кадров упадут минимум на 30%.

И виной всему не жадность производителей оборудования, а именно косорукость разработчиков и жажда наживы их издателей.

На тестирование и оптимизацию потребления ресурсов в 2019-2020 годах в индустрии был забит настолько большой болт, что будь он реальным, его было бы видно с МКС. Самый лучший пример, это сравнение Apex Legends и предыдущей игры Respawn Entertament Titanfall 2.



Первая делалась в спешке, под постоянным давлением со стороны издателя, который бубнел над ухом команды разработки нам срочно нужен свой батлрояль со скинами и лутбоксами. В итоге мы получили перспективный в плане геймплея проект (он опирается на многие механики и лор Titanfall 2), с абсолютно нулевой оптимизацией и отвратительным неткодом.

Titanfall 2, который вышел в 2016 году, почти всегда выглядит лучше и работает в разы стабильнее даже на средних конфигурациях железа, нежели быстро слепленный ради создания конкуренции PUBG и Fortnite модный Apex Legends. Не знакомый с проектами человек вообще посчитает, что Apex вышел в 2015-2016 году, а Titanfall 2 свежий релиз, если показать их ему одновременно, хотя все с точность, да наоборот.

Та же мрачная история происходит и с Call of Duty и прочими свежими проектами. Потребитель превратился в бесконечного бета-тестера, которому постоянно приходится выбирать между покупкой нового, более мощного железа, либо лагами.

Кстати, именно по этой причине многие с сомнением смотрят на будущее новых Xbox и PS5: если даже современные ПК толком не справляются с современными играми, то что смогут консоли? Будут ли сетевые кроссплатформенные проекты достаточно оптимизированными для игры в них? Опыт PS4 Pro и Call of Duty или Apex Legends показывает, что консоли банально не справляются с продуктами, которые почти полностью состоят из кода сомнительного качества. А про размеры Call of Duty в 200+ Гб уже просто ходят легенды.

Как это изменить


Я надеюсь, что когда-нибудь Nvidia надоест тратить силы и ресурсы на выпуск бесконечных патчей драйверов, которые улучшают производительность в проблемных популярных играх. За последние два-три года, с ростом популярности Fortnite, Apex Legends и Call of Duty Warzone компания-производитель оборудования выпустила столько патчей драверов и технологий, которые бы улучшали перфоманс в этих проектах (чего стоит хотя бы Nvidia Reflex, которая значительно снижает инпутлаг в Apex Legends и Warzone программным путем), что начинает кружится голова. Я за этот срок обновлял драйвера чаще, чем за предыдущие 10 лет вместе взятые.


Абсолютно привычная картина при входе в NVIDIA GeForce Experience

Выход из этой ситуации видится только один. Прекратить порочную практику тяп-ляп и в проду, а Nvidia потом выкатит оптимизационный патч возможно только в случае, если сами Nvidia объявят, что разработчики игр ведут себя, мягко говоря, нехорошо, и забили болт на оптимизацию. Должна случиться еще одна война в стиле Epic Games VS Apple только в этом случае с одной стороны будет производитель видеокарт, а с другой игровые издатели, которые стоят с плетью и погоняют разработчиков, требуя от них новых лутбоксов и сезонов в ущерб качеству фундаментального кода.

Но случится это, только если Nvidia наконец-то пересилит свое желание продать как можно больше флагманских карт и выступит против творящейся в игровой индустрии вакханалии, у нас есть шанс получить нормальную производительность в игровых проектах и отсутствие ажиотажного спроса на новые модели видеокарт.

Вот только верится в это с трудом.
Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2020, personeltest.ru