首款“印度制造”的微处理器 AJIT 面世！

Arati Halbe CSDN 2019-06-22

近日，印度顶尖技术研究所之一的印度孟买研究所（IIT Bombay）开发了印度第一个自主制造的 SPARC ISA 架构微处理器 AJIT，其售价非常便宜，不到两美元。AJIT 不会为智能手机供电，它将驱动印度的 IRNSS 卫星。接下来，在本文中我们将一睹 AJIT 的风采。

作者 | Arati Halbe

译者 | 姜松浩，责编 | 屠敏

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

印度的电子市场迎来了有史以来最大的繁荣。在电子设备需求的推动下，预计到2020年将达到4000亿美元。他们使用的大多数电子设备都是进口的，只有四分之一的设备是在该国生产的。据统计，印度的电子产品占进口总量的10％以上，仅次于石油产品！微处理器号称为电子设备的“大脑”，是一种几乎完全进口的电子设备。

微处理器是一种集成电路（IC），其包含融合在半导体芯片上的数百万个晶体管（基于半导体的电子器件）。它的尺寸只有几毫米，几乎用于所有电子设备，从家用微波炉和洗衣机到空间站的高级超级计算机。然而，开发和制造微处理器并不容易，因为它昂贵、有风险并且需要很多技能。因此，世界上只有少数几家公司能够成功制造和销售微处理器。

为了在竞争激烈的微处理器制造领域取得成功，来自印度理工学院孟买校区（IIT Bombay）的工程师开发了一种名为AJIT的新型微处理器，该处理器是第一款进行概念化、设计、开发和制造的微处理器。印度这项创新不仅可以减少该国的进口，还可以使印度在电子产品方面自力更生。

AJIT标志着该国历史上第一次与工业界、学术界和政府走到一起，Madhav Desai教授和他的团队，来自IIT Bombay的约9名研究人员完全在该研究所设计和开发了该处理器。该项目由电子和信息技术部（MeitY）和IIT Bombay资助。位于孟买的Powai Labs公司也投资了该合作项目，并将拥有、营销和支持该产品。“我感谢MeitY的Debashish Dutta博士支持这个项目，并感谢Powai Labs的Reapan Tikoo在财务上和作为行业合作伙伴支持该项目，”Desai教授承认合作机构的贡献。

“我们两年多来一直在研究这种处理器设计。在我们开始制造处理器之前，该设计已经在可编程半导体芯片上进行了测试，“Desai教授说。

AJIT——包含的功能

类似于目前可用的大多数微处理器，AJIT带有一个算术逻辑单元，可以进行基本的算术和逻辑运算，如加法、减法和比较。以及一个存储器管理单元，用于存储和检索内存中的数据。还有一个浮点单元，用于有效地处理非整数的计算。对于那些想要编程微处理器的人来说，有一个硬件调试器单元可以帮助他们监控和控制处理器。

AJIT的功能可以与当今市场上许多尺寸的微处理器进行比较。与英特尔Xeon等台式机中使用的不同，AJIT是一款中型处理器。它可以在机顶盒内部使用，作为自动化系统的控制面板，也可以在交通灯控制器甚至机器人系统种使用。更重要的是，研究人员预计，当AJIT大量生产时，其成本将低于100卢比！AJIT可以在每个时钟周期运行一条指令，并且可以在70-120MHz的时钟速度下运行，与市场上的竞争对手相当。

研究人员已经让每个人都可以免费使用与Ajit相关的软件工具。处理器也可以作为“软核”提供，供应商可以购买使用微处理器设计的许可证，并将其制作成在他们系统中使用的微处理器。研究人员还提供定制特定应用的处理器。

“处理器的设计是模块化的，而且在一些额外的成本下，供应商可以获得一个适合他们正在设计的系统的功能集的处理器设计”，Desai教授说。

“印度制造”的优势

Desai教授和他的学生团队（C. Arun, M. Sharath, Neha Karanjkar, Piyush Soni, Titto Anbadan, Ashfaque Ahmed, Aswin Jith, Ch. Kalyani, Nanditha Rao），他们使用了一个名为AHIR-V2的工具集，它可以将算法转换为硬件，并且完全在IIT Bombay开发，用以设计微处理器电路。 Desai教授提到，与IIT Bombay的同事V. R. Sule教授，M. Shojaei-Baghini教授和M. Chandorkar教授，进行了多次富有成果的讨论，他们对该项目表示赞赏，他承认了H.Jattana、Pooja Dhanker和Shubham（昌迪加尔半导体实验室）对处理器制造的贡献。

在第一阶段，AJIT由政府拥有的半导体实验室（SCL）昌迪加尔制造，其技术提供尺寸为180纳米的最小构件。研究人员还计划使用更先进的技术在商业上制造处理器，这些技术提供尺寸为65纳米或45纳米的最小构件（这种尺寸是目前的最先进的技术水平）。

“使用180nm技术制造这是第一步。虽然这可能不是最先进的技术，但对于大多数目标应用来说已经足够了。使用先进技术进行大规模制造（花费数十万卢比）将降低每件产品的成本”。Desai教授表示。

印度制造的处理器不仅提供成本效益。它为国家提供电子行业的自主权和自力更生的能力，减少了对从世界其他地区进口的技术依赖。它还确保了一个安全的系统，没有任何后门进入的机会，从而防止其他国家或恶意组织的数字破坏。到目前为止，尽管印度团队在印度设计了完整的处理器，但没有一家印度公司拥有商用微处理器产品。AJIT希望能够尽快改变这种状况。

电子设备制造商可以从印度设备的现成可用性和具有竞争力的价格中获益，同时拥有就近设计和支持团队的额外优势（距离优势）。如果一个设备制造商需要任何修改或定制，设计和支持团队将可以直接进行。

Desai教授表示，“地理位置的优势可以很容易地在两周时间内完成任务，而不是需要三个月”。

挑战和技术路线

构建本土微处理器的壮举并非没有挑战。但是，Desai教授只有一小群非常有才华和热情但缺乏经验的研究生，他们的预算很少，因此需要确保在制造处理器之前进行完善的设计。“挑战在于以一种适合于在这个设置中实现的方式，来构造和划分设计。为了实现早期测试，我们创建了一个基于计算机的处理器模型，可以详细的仿真模拟处理器的功能。这使得处理器远在它制造之前进行测试成为可能，”德赛教授回忆说。

然而，它还没有完成；对于团队来说，要使处理器具有商业可行性，以使其成为一个巨大的成功，将面临更加严峻的挑战。“对于Ajit，我们需要更多的人来使用它。初步测试表明，处理器的规格与许多竞争对手的规格相匹配，新处理器也具有成本竞争力。如果整个商业界都拥有这个处理器，并能围绕它构建系统，这样用户和支持者就可以从中看到价值，并能够从中获利，那么这种努力就可以持续下去。”，Desai教授说。

研究人员希望，由于AJIT与其他进口处理器相比，能够看到许多早期采用者。他们还计划向学术界介绍AJIT以扩大其影响范围，并为毕业生提供实践经验。“我们可以通过将其引入工程学院的教学大纲中来推动这种新微处理器的使用。一个精心设计的单板计算机系统可以低成本的提供给学生和其他爱好者进行试验。”，Desai教授建议。

在政府方面，MeitY已扩大其资金以增强处理器并将其部署在政府发起的项目中。SAMEER（应用微波电子工程与研究学会），印度政府下属的一个独立实验室，如果印度计划在为NAVIC或IRNNS（印度区域导航卫星系统）开发的接收器中使用AJIT，这将是印度次大陆的一个本土导航系统。