Облик нанокомпилятора (САПР НЭ) для моделирования и разработки функциональных наносистем и управляющих информационных наносхем

Облик нанокомпилятора (САПР НЭ) для моделирования и разработки функциональных наносистем и управляющих информационных наносхем

Н.Б.Нифонтов, Генеральный директор ЗАО «КБ «Алмаз-37»,

М.В.Степанов, Начальник отдела НТУ в ЗАО «КБ «Алмаз-37»,

О.Д.Предельский, Начальник отдела ОАО «ГСКБ «Алмаз—Антей»,

Москва, [email protected], 8-903-672-8799, 8-499-158-7313  

Блок-схема замкнутой нанотехнологической линии

       Нанокомпилятор для замкнутой нанотехнологической линии: нанокомпилятор (САПР НЭ) + нанофабрика (НТУ) предназначен для изготовления функциональных и управляющих систем на базе наноэлементов (НЭ), в том числе для встраиваемых интеллектуальных распределённых управляющих информационных систем. Замкнутая нанотехнологическая линия (рис.1) должна обеспечить сохранение преимуществ отработанных в предыдущие периоды времени программно-алгоритмических и архитектурных решений узлов, блоков и ячеек бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА) и вложенных в них инвестиций при переходе на нанотехнологию их изготовления в виде систем-на-кристал ле (СнК).

Рис.1. Архитектура нанокомпилятора (САПР НЭ) – состав и взаимодействие модулей.

 

Замкнутая нанотехнологическая линия, совмещающая одновременно дизайн-центр и нанофабрику, позволит сохранять коммерческую и государственную тайну при проектировании и изготовлении малых серий интегральных изделий СнК специального назначения для БРЭА на основе встраиваемых интеллектуальных распределённых функциональных и управляющих информационных наносистем, а также, резко снизит издержки разработки и производства малых серий интегральных изделий с малым жизненным циклом. Замкнутая нанотехнологическая линия не будет уступать иностранным образцам (Q-BART, QCADesigner), так как, совмещает в себе их лучшие отработанные элементы, а также, отечественный опыт разработки и использования БРЭА и встраиваемых систем, исследования и моделирования наноэлементов и наносистем. 

2. Технические требования к нанокомпилятору

       Нанокомпилятор для замкнутой нанотехнологической линии должен соответствовать следующим техническим требованиям:

 

Целевые нанотехнологические платформы, поддерживаемые типы

Наноструктур, поддерживаемые нанотехнологии

2.1.1. Целевые нанотехнологические платформы (НТУ, нанофабрики) – Алмаз-М, НаноФаб-100 и другие НТУ с открытым интерфейсом к автоматическому компьютерному управлению нанотехнологическими операциями через сетевое подключение к управляющим компьютерам НТУ по модели «Клиент—Сервер». Управляющий компьютер НТУ – Сервер. Рабочая станция нанокомпилятора (САПР НЭ) – Клиент.

2.1.2. Поддерживаемые типы наноструктур – квантовые точки (Quantum Dot), квантовые провода (Quantum Wire), резонансно-туннельные структуры на основе субмолекулярных комплексов InAs/GaAs; AlGaAs/GaAs; Si/Ge; SiGeC; графит на алмазоподобной плёнке (углерод на углероде: C—C); графен; углеродные нанотрубки; неорганические нанотрубки; субмолекулярные комплексы на основе разложения металлорганических соединений – W(CO)₆, Cr(CO)₆, Mo(CO)₆; наноструктуры на основе вирального протеина для наномоторов и нанороботов (Viral Protein Nano Device); самособирающиеся молекулярные структуры.  

2.1.3. Поддерживаемые нанотехнологии – зондовое осаждение из газовой фазы (ОГФ – CVD), молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ – MBE), фокусированные ионные пучки (ФИП), плазмой индуцируемое химическое ОГФ (ПИ ХОГФ – PE CVD), ХОГФ из металлорганических соединений (МО ХОГФ – MO CVD).

 

Внутренняя обработка

2.4.1. Внутренняя обработка графической информации – разработка и оптимизация 2D/3D топологии и верификация библиотечных элементов на базе ШКТ (QCA) для цифровых наносхем, а также, разработка и оптимизация 2D/3D топологий функциональных наноэлементов – ИНД, ИМДНГ, 2D ГК, широкополосных фотоприёмников, наногироскопов и т.п.

2.4.2. Внутренняя обработка текстовой информации – лексический, синтаксический и семантический анализаторы текстовых поведенческих HDL-описаний на алгоритмических языках высокого уровня VHDL, Verilog, SystemC, C, C++, включая синтезабельные IP-ядра, с целью верификации исходных текстов и генерации регистрового RTL-описания проектируемых цифровых наносхем и, далее, разработки и оптимизации 2D/3D топологий наносхем на основе верифицированных библиотечных НЭ, на базе ШКТ (QCA).

2.4.3. Внутренняя обработка параметрической информации – используется для установки и изменения режимов обработки текстовой и графической информации.

 

Q - BART, QCADesigner

2.6.1. Поддерживаемые стандарты – там, где это имеет физический смысл для НЭ с КРЭ требований группы стандартов SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International, www.semi.org), принятого ASTM International (www.astm.org) для технологического оборудования и микроэлектронной технологии производства КМОП-СБИС на основе структур «металл-оксид-полупроводник». Группа стандартов SEMI определяет описание всех этапов технологических процессов и их представлений для оператора. Особенно важно оформление по SEMI стандартных форм технологических маршрутных карт, которые полностью определяют технологию производства и тестирования изделий от пластины Si, до готовой микроэлектронной СБИС в корпусе и упаковке.  

2.6.2. Прототипы-нанокомпиляторы –

· Q-BART: Quantum Based Architecture Rules Tool, разработка MentorGraphics (www.cse.nd.edu/~cse_proj/qca_design/papers/dacPaper.pdf, www.nd.edu/~qcahome/, www.mentor.com).

· QCADesigner, разработка Университета Калгари (Канада) при поддержке Synopsys (www.synopsys.com, www.nd.edu/~qcahome/, www.qcadesigner.ca/).

 

Требования к языкам и стилям кроссплатформенного программирования для создания и отладки переносимых исходных тексов нанокомпилятора

2.9.1. Исходные тексты (коды) нанокомпилятора – на K&R C (Си в стиле Браяна Кернигана и Дениса Ритчи – авторов языка Си: K & R C – классический Си) вместе с используемыми ресурсами (изображения, пиктограммы, звуковые и видеофайлы, таблицы строк, и т.п.).

2.9.2. Для привлекаемых вторично используемых 2D/3D математических моделей топологий наноэлементов и блоков функциональных наносистем и управляющих информационных наносхем на основе ШКТ (QCA) в виде уравнений и алгоритмов расчета допускается использование фрагментов исходных текстов (кодов) не только на K&R C, но и на Fortran, C++.

 

Требования к ОС, ЛВС, оборудованию рабочих мест

2.10.1. Операционные системы (ОС) рабочих станций (ПЭВМ) – Microsoft Windows XP/Vista; Mac OS X, Linux Fedora Core, Linux Debain, FreeBSD – ОС с открытым исходным кодом и компилятором GCC поддерживаемые открытой библиотекой виджитов GTK +.

2.10.2. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – Ethernet 100 MB/s, протокол TCP/IP, возможность использования модели сетевого взаимодействия «Клиент—Сервер» на основе соккетов (Microsoft Windows XP/Vista, Mac OS X, Linux/UNIX), асинхронных именованных каналов (Microsoft Windows XP/Vista), туннелей (Linux/UNIX).

2.10.3. Рабочие станции ЛВС дизайн-центра носителя нанокомпилятора (САПР НЭ) – ПЭВМ на основе процессоров с системой команд x86 (Intel, AMD, VIA), PowerPC. Желательно наличие в ЛВС дизайн-центра масштабируемого многопроцессорного кластера СуперЭВМ типа российско-белорусской T-Platforms (www.t-platforms.ru).  

 

Облик нанокомпилятора (САПР НЭ) для моделирования и разработки функциональных наносистем и управляющих информационных наносхем

Н.Б.Нифонтов, Генеральный директор ЗАО «КБ «Алмаз-37»,

М.В.Степанов, Начальник отдела НТУ в ЗАО «КБ «Алмаз-37»,

О.Д.Предельский, Начальник отдела ОАО «ГСКБ «Алмаз—Антей»,

Москва, [email protected], 8-903-672-8799, 8-499-158-7313