在当今的芯片世界中,异构特性日益显著,让我们通过几个实例来一窥究竟:
这款64位处理器拥有4核心,8线程,14-19级流水线,时钟频率高达3.9 GHz,集成1.75亿晶体管,展现出了前所未有的复杂架构。
苹果的M1芯片集成了4个高性能GPU核心,4个高效核心,一个强大的16核神经引擎,以及大量的缓存和高速内存通道,单个芯片便集成160亿个晶体管,规模惊人。
特别值得一提的是Cerebras WSE,它是一款拥有400,000个核心的机器学习加速芯片,搭载1.2万亿晶体管,面积达到46,225平方毫米,显示了硬件复杂性的极限。
面对这种复杂性,传统的设计方法已经无法胜任,这就需要一种领域专用语言来精准描述芯片,满足如下关键需求:
因此,Hardware Description Language (HDL)如Verilog和VHDL应运而生。它们的核心理念是层次化设计,通过模块化抽象来控制设计的复杂性,类似于软件编程中的模块和接口设计。
要定义一个module,首先明确输入输出,内部逻辑结构,以及模块名称和接口。以下是一个Verilog示例:
在HDL中,设计既可以采用结构化(Structural,如门级描述)方法,也可以采用行为化(Behavioral,功能描述)方式,两者结合使用能提供更全面的视角。
利用HDL完成设计后,它有两大核心应用:
尽管HDL并非编程语言,但它遵循编程的基本原则,如模块化、复用、代码可读性和语法优化等。掌握HDL就像掌握任何编程工具一样,需要不断的实践和提升。
无论是顺序逻辑(Sequential Logic)还是组合逻辑(Combinational Logic),HDL都能胜任,关键在于掌握相应的语法规则和注意事项。HDL无疑极大地提升了电路设计的效率,但要真正发挥其威力,熟练运用是关键。