下学期申请开个通识课，名字叫《芯片加速力引论》。属于通识选修课，一共上八次课，16个学时，目的是科普硬件尤其是芯片和FPGA的加速性能。以下是主要的上课内容，欢迎大家提意见。
一、课程的教学目标与任务
本课程引导学生了解芯片的设计流程及在信息技术领域起到的重要作用，探讨新时代芯片加速的优势及其带来的基于与挑战。
本课程的教学目标是介绍芯片设计流程中的关键技术，以及以FPGA为中心搭建硬件加速系统。重点介绍芯片在通信、计算机与人工智能等领域的发展历程以及给社会带来的巨大变化，尤其在通信领域中一些常见算法由软件变为硬件实现所带来的性能提升，以及可信芯片在信息安全中的重要地位。让学生了解设计芯片的流程，包括设计、制造、测试、封装中的常见方法。通过本课程的学习学生在今后的科研或工作中可以把芯片化的设计思想融入各种系统的开发过程中，以开发出具有自主知识产权的芯片或IP为目标，为解决目前国内芯片行业面临的瓶颈问题出力。在这门课的演示实验中，学生将看到如何构建基于FPGA的加速系统，以及如何把常见的算法通过FPGA实现带来性能的提升。本课程会特别注重于区分软件编程与硬件编程的概念，为学生从事芯片设计开发的相关工作打下坚实的基础。
二、课程具体内容及基本要求
（一）集成电路概论
讲述集成电路、芯片、ASIC、半导体和微电子的概念，介绍每年半导体领域各种排名的分类方法展开介绍集成电路的分类。通过晶体管发明到仙童半导体公司的历史再到Intel公司CPU的发展历程引出摩尔定律，最后通过一段《互联网时代》视频说明芯片在互联网时代中的重要地位，介绍目前我国集成电路产业水平的现状。
（二）芯片的设计流程
具体内容：本章详细讲述数字集成电路和模拟集成电路具体的设计流程。分别以具体的芯片设计案例进行讲述，通过介绍，让大家了解前端、后端的概念及主要含义，了解工艺线的概念，了解集成电路相关企业的分类及分工，通过播放视频的方式让大家了解设计、制造、测试、封装的全流程。从设计、制造、测试、封装的角度分别分析国内相关的企业与国际企业之间的差距与优势。
（三）FPGA及开发流程
主要介绍FPGA的概念及开发流程。分析国内外FPGA相关公司的现状，强调FPGA在芯片设计中的重要地位。通过实际FPGA开发案例的介绍让大家了解常见的FPGA开发流程。介绍硬件描述语言（Verilog HDL和VHDL）在FPGA开发和芯片设计中的应用及区别，分析HDL语言与C语言的软件编程语言的区别。演示LED流水灯实验。
（四）FPGA加速案例介绍
通过介绍FPGA在目前机器学习、大数据分析、数据中心加速、比特币挖矿等领域的重要应用，通过一个通信相关的具体案例（如SMART NIC），对比FPGA实现与CPU软件编程实现性能上的不同，引出FPGA在目前各个行业中具有重要应用潜力的概念。提出以FPGA为中心的硬加速结构，分别介绍硬件部分功能与软件部分功能，强调通信接口的重要作用及其FPGA设计实现的方法。
（五）可信芯片技术与网络安全
通过介绍硬件木马等可信芯片的概念，引出自主设计芯片的重要意义。介绍FPGA硬加速系统在PPPOE攻击中的实现案例。介绍流分类的概念以及正则匹配的概念，以及在未来网络中基于内容的快速匹配的应用场景，对比软件实现的正则匹配与硬件实现的正则匹配的性能区别以及FPGA硬加速系统在防网络攻击和病毒攻击中的重要意义。
（六）HINOC芯片中的硬加速
通过介绍具有自主知识产权的HINOC芯片的开发历程，基本功能及其产业化经历，回顾前面课程中介绍的芯片设计流程的基本概念。介绍HINOC芯片中硬加速模块的功能及其与软件实现的性能对比，再次强调硬加速的重要意义。介绍HINOC芯片中与通信相关的技术知识点，如MAC层和PHY与经典五层结构的关系、射频模块与调制解调、OFDM等的概念，强调通信中几乎所有知识点都可以芯片实现。回顾西电WAPI标准化历程及HINOC标准化历程，探讨产业地位与标准化和技术先进的关系。
（七）FPGA硬加速系统演示
按照FPGA开发流程，进行功能需求分析，资源评估，模块划分，使用ModelSim进行功能仿真，使用ISE或Vivado工具进行FPGA编译下载，最后上板调试，演示上位机PC机通过网口与FPGA板卡进行通信，以及两台笔记本电脑通过FPGA开发板的网口进行文件互传、在线视频点播等操作。同时演示上位机界面与FPGA内部寄存器和存储器数据的读写，强调FPGA内部的功能模块可以替换成其它算法如人脸识别等，也可以通过串口或USB口等实现与PC机的交互。
（八）科学研究与工匠精神
讲述科学教育中实践科学精神教育的途径与方法，希冀工匠精神的养成从课程到教学、从理论到实践，从理念到策略都能得到落实。播放CCTV《大国工匠》和《互联网时代》相关纪录片片段，强调当代大学生的使命和担当，未来择业的选择应该与国家的需要紧密结合起来。
全文完。
閱讀更多 網絡交換FPGA 的文章
