AI芯片開發核心技術詳解

目錄

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第1章RISCV技術分析

1.1初識RISCV

1.1.1什麽是RISCV

1.1.2指令集架構ISA

1.1.3開源指令集RISCV

1.1.4RISCV概述

1.1.5RISCV處理器及Roadmap

1.1.6RISCV相關背景

1.2MCU構成及其運行原理

1.2.1MCU概念

1.2.2MCU構成

1.2.3模擬MCU運行

1.2.4MCU模擬運行

1.3RISCV編譯過程分析

1.3.1預處理

1.3.2編譯

1.3.3匯編

1.3.4連接

1.3.5ELF、HEX、BIN文件說明

1.4RISCV啟動文件分析

1.5RISCV的LD連接腳本說明

1.5.1LD連接腳本

1.5.2LD連接腳本的主要內容

1.5.3常用關鍵字及命令

1.5.4示例： 完整LD連接腳本

1.5.5示例： 從C文件中讀取LD中的全局變量

1.6RISCV MCU棧機制

1.6.1棧

1.6.2棧的作用

1.6.3棧大小定義

1.6.4壓棧出棧過程

1.6.5malloc使用註意事項

1.7RISCV全局指針寄存器說明

1.8最易變的關鍵字volatile

1.8.1volatile關鍵字

1.8.2Demo

1.9RISCV將常量定義到Flash地址

1.9.1編輯LD連接文件，添加SECTIONS段

1.9.2函數中使用__attribute__((section(".xxx")))定義常量

第2章GPU渲染架構與優化技術

2.1渲染架構及GPU優化技巧

2.1.1GPU圖渲染概述

2.1.2即時模式架構

2.1.3基於平鋪的渲染

2.1.4兩種渲染架構對比

2.2IMR與TBR的對比

2.2.1IMR渲染的優勢

2.2.2IMR渲染的劣勢

2.2.3TBR解決帶寬功耗問題

2.2.4TBR渲染的劣勢

2.2.5前向像素消除

2.3傳統延遲渲染和TBDR

2.3.1延遲渲染

2.3.2延遲渲染原理介紹

2.3.3傳統延遲渲染

2.3.4單著色器延遲渲染

2.3.5TBDR架構原理

2.4光柵順序組

2.4.1光柵順序組的作用

2.4.2多倍光柵順序組

2.4.3圖像塊

2.5延遲渲染源碼分析

2.6示例： 圖渲染

2.6.1圖分割示例

2.6.2幾何深度學習示例

2.7小結

第3章NPU開發技術分析

3.1NPU加速器建模設計

3.1.1NPU加速器建模概述

3.1.2加速器架構的設計空間探索

3.2異構系統： 向量體系結構

3.2.1異構稀疏向量加速器的總體架構

3.2.2稀疏矩陣

3.2.3示例： 異構感知調度算法

3.2.4外部內存訪問調度

3.2.5模擬框架

3.2.6位片跳轉架構與數據管理方面的硬件挑戰

3.2.7有符號位片表示及其編碼單元

3.2.8用於輸入和輸出跳轉的零數據跳轉單元

3.2.9片上異構網絡

3.2.10指令集體系結構

3.2.11廣義深度學習的架構式編排、變換和佈局

3.3示例： NPU開發

3.3.1NPU硬件概述

3.3.2gxDNN概述

3.3.3編譯器使用

3.3.4編譯模型

3.3.5調用API流程與MCU API代碼

3.3.6NPU使用示例

3.4TPU2機器學習集群

3.4.1TPU2概述

3.4.2TPU2設計方案

第4章CUDA原理與開發示例

4.1CUDA平臺的GPU硬件架構

4.1.1CPU內核組成

4.1.2GPU內核組成

4.1.3GPU組成示例

4.2CUDA原理概述

4.2.1異構計算

4.2.2CUDA程序編寫

4.2.3CUDA程序編譯

4.2.4NVPROF

4.3CUDA線程結構

4.3.1CUDA線程索引

4.3.2線程分配

4.4CUDA存儲單元及矩陣乘法

4.4.1GPU的存儲單元

4.4.2GPU存儲單元的分配與釋放

4.4.3矩陣相乘樣例

4.5CUDA錯誤檢測與事件

4.5.1CUDA運行時的錯誤檢測函數

4.5.2CUDA中的事件

4.6多種CUDA存儲單元

4.7CUDA流技術

4.7.1CUDA流概念

4.7.2CUDA流詳解

4.8CUDA矩陣乘法算法分析

4.8.1CUDA矩陣乘法概述

4.8.2示例： CUDA中矩陣乘法的優化

4.9通用GPU架構及基礎知識

4.9.1常用芯片架構概述

4.9.2GPU體系結構

4.9.3英偉達CUDA通用並行計算

4.9.4AMD GPU

4.9.5GPU與顯存(VRAM)的關系

4.9.6GPGPU特定架構的匯編

第5章PCIE、存儲控制與總線的技術分析

5.1PCIE開發技術分析

5.1.1PCIE開發簡介

5.1.2TLP包的組裝

5.1.3PCIE開發TLP類型

5.1.4PCIE開發的TLP路由

5.1.5PCIE開發系統配置和設備枚舉

5.2PCIE開發設備熱插拔

5.2.1PCIE設備的熱插拔功能

5.2.2熱插拔軟件部分與硬件部分

5.2.3熱插拔的兩種狀態

5.2.4熱插拔關閉和打開插槽的具體流程

5.2.5熱插拔移除和插入設備的具體流程

5.3PCIE寄存器與關系圖

5.3.1PCIE寄存器

5.3.2PCIE架構關系圖

5.4示例： 芯片存儲器與控制器測試

5.4.1存儲器的分類

5.4.2DDR總線的設計、調試和驗證 

5.4.3DDR4信號特性

5.4.4MPHY物理層的主要特點

5.5系統總線技術與示例 

5.5.1總線的基本概念

5.5.2英特爾體系結構中特指的系統總線

5.5.3系統總線的組成

5.5.4總線設計要素 

5.5.5總線仲裁分類

5.5.6菊花鏈總線仲裁

5.5.7計數器定時查詢仲裁

5.5.8三種仲裁方式

5.5.9三種總線通信方式

5.5.10特定總線通信方式

5.6拆分總線事務

5.6.1拆分總線事務簡介

5.6.2拆分總線事務分類

5.7示例： 總線開發

5.8關於I/O總線標準

5.8.1I/O總線概述

5.8.2PCI總線標準的信號線與PCI命令

5.8.3I/O總線、I/O控制器與I/O設備的關系

5.9PC組成： I/O操作、I/O總線和I/O接口

5.9.1I/O操作

5.9.2I/O總線的各個模塊

5.9.3I/O接口

5.9.4I/O總線、I/O控制器、I/O接口與I/O設備的關系

5.9.5系統總線小結

第6章UBoot開發分析

6.1UBoot開發基礎介紹

6.1.1UBoot運行環境

6.1.2Image鏡像

6.1.3Image使用

6.1.4設備樹

6.2移植過程

6.2.1存儲映射

6.2.2未為時鐘索引4實現set_rate

6.3UBoot調試修改

6.3.1開啟調試選項

6.3.2配置Kconfig

6.3.3Kbuild&&Kconfig

6.4構建過程

6.5一些重要的構建模塊

6.5.1Kconfig內核配置

6.5.2Kbuild編譯過程

6.6啟動階段

6.6.1啟動入口

6.6.2架構特定初始化

6.7重定位

6.7.1為什麽要重定位

6.7.2重定位到哪裡

6.7.3實現技術

6.7.4通用初始化

6.7.5對比其他架構

第7章Linux開發分析

7.1嵌入式Linux環境

7.1.1完整的嵌入式Linux環境模塊

7.1.2Linux構建過程

7.1.3CPU體系架構

7.1.4(交叉)編譯工具鏈

7.1.5(交叉)編譯工具鏈組成部分

7.1.6構建工具

7.2Linux內核Yocto、OpenEmbedded、BitBake詳解

7.2.1構建過程

7.2.2Yocto項目

7.2.3Poky項目

7.2.4Yocto項目源碼

7.2.5Poky文檔

7.2.6使用方法

7.2.7關於source命令

7.2.8其他工具

7.2.9OpenEmbedded

7.2.10BitBake

第8章捲積與矩陣相乘編譯部署分析

8.1深度學習中的各種捲積

8.1.1捲積與互相關

8.1.2深度學習中的捲積

8.1.33D捲積

8.1.41×1捲積

8.1.52D捲積算法

8.1.6轉置捲積

8.1.7擴展捲積

8.1.8可分離捲積

8.2LLVM中矩陣的實現分析

8.2.1背景說明

8.2.2功能實現

8.2.3舉例說明

第9章光刻機技術分析

9.1光刻機基本原理

9.2光刻機核心設備 

9.2.1光刻機整機

9.2.2光刻機發展歷程

9.2.3光刻機系統架構

9.2.4光刻機三大巨頭市場格局

9.2.5上海微電子產品管線

9.3掩模版光刻過程的核心耗材 

9.3.1掩模版微電子製造的圖形轉移母版 

9.3.2光刻技術是掩模版製造的重要環節 

9.3.3光刻機材料與掩模版結構

9.3.4光刻機掩模版廠商市場格局

9.3.5EUV光刻機

9.4光刻是芯片製造最核心環節

9.4.1光刻設備工藝流程 

9.4.2光刻技術： 從接觸式到接近式

9.4.3光刻技術： 從接近式到投影式

9.4.4光刻技術： 乾法光刻和浸潤式光刻

9.4.5光刻機的技術決定集成電路的發展

9.4.6多重曝光亦可實現更小線寬，但工藝難度大

9.5光刻機是人類科技之巔

9.5.1光刻機結構

9.5.2光刻機分辨率由光源波長、數值孔徑、光刻工藝因子決定

9.6光源系統： 能量的來源，光刻工藝的首要決定項

9.6.1光源波長與可見光譜

9.6.2EUV光源

9.6.3EUV光源參數

9.7曝光系統： 照明系統+投影物鏡

9.7.1照明系統： 光源高質量加工的關鍵

9.7.2衍射光與環形光成像

9.7.3衍射與微反射鏡的光瞳整型技術

9.8投影物鏡系統： 精準成像，對線寬起重要作用

9.8.1像差與光刻機成像過程

9.8.2從雙腰到單腰、引入非球面鏡片與反射式鏡片

9.8.3工藝精密要求

9.9雙工作台系統： 精確對準+光刻機產能的關鍵

9.10芯片製造核心設備應用概述： 光刻機

9.10.1EUV光刻機工作原理分析 

9.10.2EUV光刻機製造工藝難點與優勢 

9.10.3前道製程光刻機主流產品分析對比 

9.11部分光刻機配套設備 

9.11.1光刻膠

9.11.2EUV反射： 原子級平整度

9.12自研光刻機與光刻機技術分析

9.12.1自研光刻機背景分析

9.12.2自研光刻機技術分析

第10章芯片製造技術分析

10.1芯片製造系列全流程： 設計、製造、封測

10.1.1芯片製造全流程概述

10.1.2芯片設計

10.1.3芯片製造

10.1.4封裝測試

10.2半導體全景

10.2.1芯片簡介

10.2.2半導體簡介

10.2.3芯片產業鏈

10.3芯片封測技術

10.3.12.5D/3D集成技術

10.3.2晶圓級封裝技術

10.3.3系統級封裝技術

10.3.4倒裝封裝技術

10.3.5焊線封裝技術

10.3.6MEMS與傳感器

10.4FinFET存儲器的設計、測試和修復方法

10.4.1FinFET存儲器介紹

10.4.2STAR存儲器系統

10.4.3生成測試序列

10.4.4使用STAR存儲器系統檢測並修復故障 

10.4.5維修故障 

10.4.63D SoC/IC

10.4.7STAR層次化系統 

10.4.8小結 

10.5基於FinFET的設計： 機遇與挑戰

10.5.1FinFET器件的拓撲結構

10.5.2FinFET： 器件 

10.5.3製造FinFET結構的關鍵階段

10.5.4FinFET設計挑戰 

10.5.5TCAD和EDA工具的就緒程度 

10.5.6小結 

10.6光刻的基本原理

10.6.1光刻過程概述

10.6.2核心的光源系統

10.6.3光刻機與製程流程

10.6.4什麽是芯片

參考文獻