خانه/مراکز نوآوری/مرکز نوآوری هوش سیلیکونی

مرکز نوآوری هوش سیلیکونی

این مرکز به عنوان یک نهاد تخصصی در حوزه طراحی سیستم‌های دیجیتال پیشرفته فعالیت می‌کند و با بهره‌گیری از توانمندی‌های علمی، فنی و پژوهشی، زنجیره‌ای کامل از خدمات طراحی، توسعه، ابزارسازی و آموزش را در اختیار صنعت و دانشگاه قرار می‌دهد. تمرکز اصلی مرکز بر توسعه IP Coreها، ابزارهای EDA، طراحی امن و قابل اطمینان، تربیت نیروی متخصص، و اجرای پروژه‌های صنعتی و پژوهشی است.

چشم‌انداز مرکز، ایجاد زیرساختی بومی و پیشرفته برای توسعه طراحی، فناوری ساخت تراشه و سیستم‌های دیجیتال رقابت‌پذیر در سطح بین‌المللی است.

طراحی و توسعه IP Coreها

IP Coreها نقش کلیدی در طراحی سیستم‌های دیجیتال مدرن دارند و استفاده از آن‌ها موجب افزایش سرعت توسعه، بهبود کارایی و کاهش هزینه‌ها می‌شود. مرکز نوآوری طراحی و ساخت تراشه، طراحی IP Coreهایی را انجام می‌دهد که پاسخ‌گوی نیاز طیف گسترده‌ای از کاربردها هستند؛ از لوازم خانگی، سیستم‌های نهفته (Embedded) و کاربردهای کم‌توان گرفته تا سیستم‌های پیچیده و با کارایی بالا (High Performance).

معماری پردازنده در نظر گرفته‌شده در این طراحی‌ها، بر پایه مجموعه دستورالعمل‎های RISC-V، به نام AFTAB می‎باشد. AFTAB توسط طراحان تیم آزمایشگاه سخت‌افزار دکتر نوابی در دانشگاه تهران طراحی و توسعه یافته است و به عنوان زیرساخت اصلی برای ایجاد و تغییر معماری‌های جدید به کار گرفته می‌شود. تغییر و توسعه این پردازنده پایه، زمینه‌ساز طراحی IP Coreهای متنوع و بهینه برای حوزه‌های مختلف صنعتی و تحقیقاتی است.

محورهای فعالیت

  • • طراحی IP Coreهای پردازشی اختصاصی برای سیستم‌های Embedded
  • • توسعه IPهای مناسب برای کاربردهای ساده مانند لوازم خانگی تا کاربردهای پیچیده مانند پردازش داده، شبکه‌های پرسرعت و هوش مصنوعی
  • • پیاده‌سازی IPهای با مصرف توان پایین (Low Power) مناسب برای سیستم‌های قابل حمل و اینترنت اشیا (IoT)
  • • طراحی IPهای قابل استفاده مجدد با قابلیت یکپارچه‌سازی آسان در پروژه‌های گوناگون
  • • اعمال ملاحظات امنیتی در سطح معماری و RTL برای مقابله با تهدیدهای سخت‌افزاری
  • • طراحی ساختارهایی مقاوم در برابر خطا، جهت افزایش قابلیت اطمینان سیستم‌ها
  • • ارزیابی امنیتی IP Coreها و ابزارها پیش از استقرار نهایی
  • • توسعه روش‌های تست و درستی‌سنجی امنیت و پایداری در سطوح مختلف طراحی

طراحی و توسعه سیم‌کارت (SIM CARD)

سیم‌کارت امروزه به کلید اصلی هویت دیجیتال و دسترسی امن به شبکه‌های ارتباطی تبدیل شده است. اهمیت سیم‌کارت در نقش کلیدی آن در امنیت ارتباطات، احراز هویت و توسعه فناوری‌هایی مانند اینترنت اشیاء (IoT) است. یک طراحی موفق، پایه‌ای برای یک اکوسیستم ارتباطی قابل اعتماد و مقاوم است.

محورهای فعالیت

  • • طراحی و توسعه پردازنده AFTAB: یک پردازنده بومی بر اساس معماری متن‌باز RISC-V.
  • • اجرای سیستم‌عامل: یک سیستم‌عامل اولیه و سبک بر روی این پردازنده اجرا شده که گامی مهم برای اثبات کارایی آن است.
  • • افزایش امنیت با شتاب‌دهنده‌ها: برای تقویت قابلیت‌های امنیتی، شتاب‌دهنده‌ی سخت‌افزاری الگوریتم‌هایی مانند رمزنگاری AES در طراحی پیش‌بینی شده است تا رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها با بیشترین سرعت و امنیت انجام شود.
  • • تست و اعتبارسنجی: نمونه اولیه (Prototyping) این پردازنده با موفقیت بر روی بستر FPGA پیاده‌سازی و آزمایش شده است.

پردازنده AFTAB

AFTAB یک پردازنده‌ی مبتنی بر معماری RISC-V است که با هدف طراحی ماژولار، قابل‌درک و توسعه‌پذیر برای کاربردهای آموزشی و پژوهشی توسعه داده شده است. این پروژه یکی از نمونه‌های موفق در مسیر بومی‌سازی پردازنده‌های آموزشی در کشور محسوب می‌شود.

  • • معماری: مبتنی بر RISC-V ISA با پشتیبانی از مجموعه دستورالعمل‌های RV32IM بوده و از عملیات اعداد صحیح و ضرب و تقسیم پشتیبانی می‌کند.
  • • نوع طراحی: در دو نسخه‌ی Multi-Cycle و Pipeline پیاده‌سازی شده است. نسخه‌ی Multi-Cycle برای سادگی و آموزش معماری طراحی شده، در حالی که نسخه‌ی Pipeline با هدف افزایش کارایی توسعه یافته است.
  • • نمونه‌سازی: نمونه‌ی سخت‌افزاری این پردازنده با موفقیت بر روی FPGA پیاده‌سازی و آزمایش شده است. این نمونه امکان اجرای برنامه‌های اسمبلی RISC-V را فراهم می‌کند و برای اهداف آموزشی و تحقیقاتی مناسب است.

پردازنده SAYAC

SAYAC یک پردازنده‌ی ۱۶ بیتی است که مجموعه دستورالعمل‌های آن به‌صورت الهام‌گرفته از معماری RISC-V طراحی شده تا مفاهیم طراحی پردازنده‌های RISC به‌صورت ساده‌تر قابل پیاده‌سازی و آموزش باشد.

  • • معماری: ۱۶ بیتی با مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های ساده و منظم، مشابه ساختار ISA برای RISC-V.
  • • نوع طراحی: نسخه‌ی چند چرخه‌ای (Multi-Cycle) پیاده‌سازی شده تا کنترل اجرای هر دستور در چند مرحله انجام شود.
  • • هدف طراحی: تمرکز بر سادگی، قابلیت درک آسان مسیر داده و منطق کنترلی و امکان توسعه آسان توسط دانشجویان یا پژوهشگران حوزه‌ی معماری کامپیوتر.
  • • ویژگی‌ها:
    • طراحی مسیر داده و کنترل کاملاً تفکیک‌شده
    • ISA ساده و منسجم با فرمت‌های دستور مشابه RISC-V
    • پشتیبانی از عملیات حسابی، منطقی، مقایسه و پرش
    • دارای کامپایلر اختصاصی برای تبدیل برنامه‌های سطح بالا به کد ماشین پردازنده SAYAC
  • • نمونه‌سازی: نسخه‌ی سخت‌افزاری پردازنده SAYAC با موفقیت روی FPGA پیاده‌سازی شده و تست‌های عملکردی اولیه با موفقیت انجام شده‌اند.

توسعه ابزارها و فناوری‌های EDA

توسعه سیستم‌های دیجیتال پیشرفته بدون ابزارهای EDA (Electronic Design Automation) امکان‌پذیر نیست. این ابزارها فرآیند طراحی را از مرحله توصیف سطح بالا تا پیاده‌سازی فیزیکی پشتیبانی می‌کنند. با این حال، ابزارهای EDA تجاری بسیار گران‌قیمت بوده و هزینه لایسنس سالانه آن‌ها برای سازمان‌ها و دانشگاه‌ها سنگین است. علاوه بر هزینه، وابستگی به شرکت‌های خارجی در حوزه ابزارهای طراحی تراشه می‌تواند ریسک‌های امنیتی و محدودیت‌های تحریمی را نیز به همراه داشته باشد.

ازاین‌رو، مرکز نوآوری طراحی و ساخت تراشه با هدف بومی‌سازی و توسعه ابزارهای EDA، راهکارهایی برای کاهش هزینه‌ها، افزایش امنیت و ارتقای توان طراحی در محیط‌های صنعتی و دانشگاهی ارائه می‌دهد. در همین راستا، این مرکز استفاده از زیرساخت‌ها و ابزارهای متن‌باز (Open Source) را به‌عنوان گام نخست در مسیر خود انتخاب کرده است. به‌ویژه، بهره‌گیری از فرآیندهای تولید متن‌باز مانند Open PDK‌ها نظیر SkyWater 130nm، زمینه را برای آموزش، پژوهش و توسعه طراحی تراشه در کشور فراهم می‌سازد. این رویکرد نه‌تنها موجب دسترسی آزاد و آسان به ابزارها می‌شود، بلکه بستری مستقل و پایدار برای توسعه فناوری‌های نیمه‌هادی بومی فراهم می‌نماید.

محورهای فعالیت

  • • طراحی و توسعه ابزارهای تحلیل، سنتز و بهینه‌سازی متناسب با نیازهای داخلی
  • • ساده‌سازی فرآیند طراحی برای کاربران در سطوح مختلف
  • • توسعه پلتفرم‌های آموزشی و پژوهشی برای تربیت طراحان حرفه‌ای

توسعه نرم‌افزارهای سیستمی (System Software Development)

در کنار طراحی سخت‌افزار، توسعه نرم‌افزارهای سیستمی نقشی اساسی در بهره‌برداری مؤثر از IP Coreها و سیستم‌های دیجیتال ایفا می‌کند. این نرم‌افزارها شامل درایورها، ابزارهای پیکربندی و محیط‌های توسعه هستند و امکان استفاده بهینه از سخت‌افزار را فراهم می‌سازند.

محورهای فعالیت

  • • توسعه ابزارهای اختصاصی برای مدیریت و پیکربندی IP Coreها
  • • طراحی رابط‌های نرم‌افزاری برای اتصال به سیستم‌عامل
  • • ایجاد محیط‌های توسعه یکپارچه با هدف خودکفایی در طراحی و تست