inflearn logo

Nhập môn Verilog-HDL cho thiết kế bán dẫn kỹ thuật số

Học một cách có hệ thống từ những kiến thức cơ bản về mạch logic số đến cú pháp Verilog-HDL, thiết kế mạch logic tổ hợp và logic tuần tự, cũng như kiểm chứng thông qua mô phỏng. Giảng viên có 30 năm kinh nghiệm tại bộ phận bán dẫn của Samsung Electronics sẽ dựa trên kinh nghiệm thực tế để giúp bạn hiểu rõ mối quan hệ giữa mã HDL và hoạt động của phần cứng thực tế, đồng thời rèn luyện khả năng viết mã RTL có thể tổng hợp.

10 học viên đang tham gia khóa học này

Độ khó Nhập môn

Thời gian Không giới hạn

FPGA
FPGA
verilog
verilog
hardware
hardware
circuit
circuit
FPGA
FPGA
verilog
verilog
hardware
hardware
circuit
circuit
Thumbnail

Bạn sẽ nhận được điều này sau khi học.

  • Thiết kế mạch logic tổ hợp và logic tuần tự bằng Verilog-HDL

  • Viết testbench và kiểm tra hoạt động của mạch dựa trên mô phỏng

  • Viết mã RTL có thể tổng hợp và hiểu nguyên lý triển khai phần cứng

Bước đầu tiên trong thiết kế chất bán dẫn số, hoàn thiện nền tảng Verilog-HDL!

Từ quy trình thiết kế bán dẫn, cú pháp Verilog-HDL đến Testbench và các quy tắc thiết kế RTL!

Chất bán dẫn kỹ thuật số được thiết kế như thế nào? Và mã được viết bằng Verilog-HDL trở thành phần cứng thực tế ra sao?

Để thiết kế các chất bán dẫn kỹ thuật số như FPGA, CPU RISC-V và NPU AI, trước tiên bạn cần hiểu quy trình thiết kế mạch kỹ thuật số và học Verilog-HDL, ngôn ngữ dùng để mô tả phần cứng.

Khóa học này là khóa học nhập môn miễn phí, giúp bạn học một cách có hệ thống toàn bộ quy trình thiết kế chất bán dẫn số và các cú pháp cốt lõi của Verilog-HDL.

Từ những khái niệm cơ bản của thiết kế số đến viết RTL, mô hình hóa hoạt động, kiểm chứng bằng Testbench và các quy tắc viết mã có thể tổng hợp, nội dung được trình bày theo từng bước. Khóa học được thiết kế để ngay cả những người học lần đầu tiếp cận các kỹ thuật thiết kế chất bán dẫn phức tạp cũng có thể hiểu thông qua các khái niệm và ví dụ.


Nội dung học trong khóa học này

Section 1. Digital Design Flow — Quy trình thiết kế chất bán dẫn số

Trước khi học Verilog-HDL, chúng ta sẽ tìm hiểu quy trình thiết kế và triển khai chất bán dẫn kỹ thuật số.

  • Khái niệm về HDL và RTL (Register Transfer Level)

  • Tổng hợp logic và ánh xạ công nghệ

  • Các cấp độ thiết kế Behavioral, Structural và Physical

  • Quy trình từ thiết kế RTL đến Gate-Level Netlist và Physical Layout

  • Pre-Layout và Post-Layout Verification

  • Khái niệm cơ bản về Phân tích thời gian tĩnh (STA)

  • Hiểu về quy trình thiết kế ASIC và FPGA

Điểm trọng tâm: Hiểu toàn bộ quá trình biến mã Verilog thành phần cứng kỹ thuật số thực tế.


Phần 2. Cú pháp cơ bản của Verilog-HDL (1) — Cú pháp cơ bản trong thiết kế RTL

Học cú pháp cơ bản và phương pháp mô hình hóa hoạt động để biểu diễn mạch số bằng Verilog-HDL.

  • Khai báo Module và Port, cùng với việc khởi tạo Module

  • Mô hình hóa cấu trúc, luồng dữ liệu và hành vi

  • Wire, Reg, Bus và biểu diễn dữ liệu

  • Các toán tử số học, logic, bit và biểu diễn số

  • Khối Initial và Always

  • Gán Blocking và Non-Blocking

  • If/Else, Case và các câu lệnh lặp lại

  • Tái sử dụng thiết kế bằng Parameter

  • Cấu trúc Register và Memory Array

Điểm học tập: Hiểu cú pháp cơ bản của Verilog-HDL và học cách biểu diễn logic tổ hợp, logic tuần tự bằng RTL.


Mục 3. Cú pháp cơ bản của Verilog-HDL (2) — Testbench và các quy tắc thiết kế RTL

Học cách kiểm chứng chức năng của mã RTL đã viết và các nguyên tắc cơ bản để viết mã Verilog có thể tổng hợp.

  • Vai trò và cấu trúc cơ bản của Testbench

  • DUT (Thiết bị cần kiểm thử) và Stimulus đầu vào

  • Tạo tín hiệu Clock và Reset

  • Xác nhận hoạt động thông qua Simulation và Waveform

  • Phân biệt RTL có thể tổng hợp và mã chỉ dùng cho mô phỏng

  • Quy tắc viết mã cho logic tổ hợp và logic tuần tự

  • Tạo Latch và phòng ngừa Race Condition

  • Phong cách mã hóa RTL có cân nhắc đến việc triển khai trên FPGA

Điểm học tập: Hiểu các khái niệm cơ bản về Testbench và nắm vững các quy tắc lập trình RTL đúng.


Có thể ứng dụng ở đâu?

Verilog-HDL được học trong khóa học này là nền tảng cho nhiều lĩnh vực thiết kế bán dẫn kỹ thuật số khác nhau.

  • Thiết kế FPGA: Thiết kế mạch logic số và triển khai phần cứng bằng Verilog-HDL

  • Thiết kế ASIC và SoC: thiết kế RTL, tổng hợp logic và xác minh chức năng

  • Thiết kế CPU RISC-V: thiết kế ALU, Register File, Control Unit và bộ xử lý

  • Thiết kế NPU AI: thiết kế bộ tính toán MAC, đường dẫn dữ liệu, bộ nhớ và mạch điều khiển

  • Kiểm chứng mạch số: Kiểm chứng chức năng bằng Testbench và Simulation


Tại sao chúng tôi tạo ra khóa học này?

Trong quá trình học Verilog-HDL để tìm hiểu về thiết kế FPGA hoặc chất bán dẫn AI, nhiều người có thể hiểu cú pháp nhưng lại gặp khó khăn trong việc biết mã đã viết biểu thị phần cứng nào. Ngoài ra, nếu bắt đầu từ việc viết mã khi chưa hiểu thiết kế chất bán dẫn kỹ thuật số thực tế trải qua những quy trình nào, sẽ rất khó nắm bắt mối quan hệ giữa thiết kế RTL, tổng hợp logic, mô phỏng và triển khai phần cứng.

Nhằm giảm bớt những khó khăn trong quá trình học tập này, chúng tôi đã xây dựng toàn bộ quy trình thiết kế bán dẫn số và các cú pháp cốt lõi của Verilog-HDL thành một khóa học miễn phí. Dựa trên 30 năm kinh nghiệm thực tế trong bộ phận bán dẫn của Samsung Electronics và kinh nghiệm giảng dạy thiết kế bán dẫn tại trường đại học, khóa học được chuẩn bị tập trung vào những khái niệm cơ bản cần thiết để học thiết kế FPGA·CPU·NPU.


Khuyến nghị dành cho những đối tượng sau

  • Sinh viên đại học và người mới bắt đầu học thiết kế chip bán dẫn số

  • Những người muốn học một cách hệ thống cú pháp cơ bản của Verilog-HDL

  • Học viên chuẩn bị thực hành thiết kế và triển khai FPGA

  • Những người quan tâm đến thiết kế CPU RISC-V và AI NPU/CPU

  • Kỹ sư tương lai đang muốn bắt đầu học trong lĩnh vực thiết kế chất bán dẫn

  • Dành cho những ai muốn tham gia các khóa học FPGA·NPU·CPU của Semiconductor School


Sau khi hoàn thành khóa học?

Sau khi hoàn thành khóa học này, bạn sẽ hiểu được toàn bộ quy trình thiết kế chất bán dẫn kỹ thuật số, đồng thời có thể giải thích các cú pháp cơ bản của Verilog-HDL và nguyên lý thiết kế RTL. Ngoài ra, bạn sẽ nắm được khái niệm kiểm chứng chức năng thông qua Testbench và các quy tắc viết mã RTL có thể tổng hợp, từ đó xây dựng nền tảng để tiếp tục học thực hành thiết kế FPGA và triển khai phần cứng bằng Vivado.


Hướng dẫn khóa học

Khóa học này là khóa học cơ bản miễn phí được sử dụng chung trong chương trình đào tạo thiết kế FPGA, CPU RISC-V và AI NPU của Semiconductor School. Khóa học tập trung vào cú pháp Verilog-HDL và các khái niệm về thiết kế số; việc triển khai trên bo mạch FPGA thực tế và các dự án ứng dụng sẽ được hướng dẫn trong chương trình đào tạo thực hành riêng.

Học viên cần cài đặt môi trường phát triển Vivado và Python nên học cùng khóa học miễn phí đầu tiên 「Chuẩn bị thực hành FPGA·NPU | Thiết lập môi trường phát triển Vivado & Python」.


Từ xây dựng môi trường phát triển, học kiến thức cơ bản về Verilog-HDL đến thiết kế phần cứng FPGA thực tế!

Trường học Bán dẫn | EdgeChipLab

Khuyến nghị cho
những người này

Khóa học này dành cho ai?

  • Sinh viên đại học lần đầu học thiết kế chất bán dẫn và người mới bắt đầu tìm hiểu về kỹ thuật điện tử

  • Ứng viên đang chuẩn bị xin việc trong lĩnh vực thiết kế RTL và kiểm chứng mạch kỹ thuật số

  • Dành cho người chuẩn bị các dự án thiết kế phần cứng chuyên sâu như FPGA, CPU, NPU.

Cần biết trước khi bắt đầu?

  • Kiến thức cơ bản về mạch kỹ thuật số và số nhị phân (trình độ sơ cấp)

  • Hiểu khái niệm cơ bản về cổng logic

  • Kinh nghiệm lập trình cơ bản như ngôn ngữ C (khuyến nghị)

Xin chào
Đây là EdgeChipLab

Xác minh sự nghiệp

Trực tiếp thiết kế và triển khai chất bán dẫn AI bằng FPGA

Với tư cách là giáo sư đại học đương nhiệm, tôi đã đúc kết 30 năm kinh nghiệm trong ngành bán dẫn hệ thống cùng bí quyết nghiên cứu và đào tạo về chất bán dẫn AI.

Bắt đầu sự nghiệp với vai trò nghiên cứu viên chất bán dẫn hệ thống tại Bộ phận DS của Samsung Electronics, tôi đã được trao Giải Bạc Công nghệ Samsung (Giải thưởng của Chủ tịch Tập đoàn) trong lĩnh vực tự động hóa thiết kế. Sau đó, tôi lần lượt đảm nhiệm vị trí Giám đốc tại các pháp nhân ở Anh và Đức, Trưởng nhóm marketing·kinh doanh LSI hệ thống, và hiện đang giảng dạy kỹ thuật bán dẫn. Dựa trên những kinh nghiệm đó, chương trình này là một khóa học thực tiễn, trong đó bạn trực tiếp thiết kế và kiểm chứng trên FPGA.

Đây không chỉ là khóa học về cách sử dụng FPGA.
Bạn sẽ hiểu thuật toán AI → trực tiếp thiết kế NPU và CPU bằng RTL → triển khai trên FPGA → kiểm chứng trên phần cứng thực tế → hướng tới mở rộng đến AI SoC.

Thuật toán AI → Thiết kế RTL → Triển khai FPGA → Xác minh Bit-True → AI SoC

 

Vượt qua lý thuyết để triển khai phần cứng AI thực tế

Chỉ với những kiến thức rời rạc và manh mún thì khó có thể đạt được năng lực thiết kế chất bán dẫn AI ở cấp độ hệ thống.

Học viên không chỉ dừng lại ở việc sử dụng các IP dạng hộp đen đã hoàn thiện. Mục tiêu là từng bước xây dựng năng lực thiết kế hệ thống, có thể tự mình thiết kế NPU AI và CPU RISC-V, tích hợp bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi, port RTOS trên nền tảng đó, và cuối cùng xây dựng AI SoC của riêng mình.

Bắt đầu từ nền tảng về transistor và mạch kỹ thuật số, khóa học kết nối các kiến thức này qua FPGA, CPU, NPU, cho đến phần cứng tăng tốc Transformer và LLM.

 

Kiểm chứng kết quả nghiên cứu trên phần cứng FPGA thực tế.

Đây không phải là một khóa học chỉ để xem bằng mắt. Không dừng lại ở lý thuyết hay mô phỏng đơn thuần, bạn sẽ cho mạch bán dẫn AI do chính mình thiết kế hoạt động trên FPGA thực tế và thực hiện kiểm chứng Bit-True, trong đó kết quả của mô hình Python và RTL khớp nhau đến từng bit.

Các kết quả nghiên cứu, bao gồm 4 bài báo được đăng trong KCI liên quan đến chất bán dẫn AI, FPGA và RISC-V của giảng viên cũng được kết nối với nội dung đào tạo, giúp chuyển các công nghệ đã được kiểm chứng trong nghiên cứu thành thiết kế thực tế và triển khai trên FPGA.

Công khai mã nguồn cần thiết cho thực hành, bao gồm CPU RISC-V tự phát triển, mã Python dùng để huấn luyện hình ảnh và Verilog RTL.

Được xây dựng xoay quanh bo mạch FPGA Arty S7-25 phổ thông và công cụ thiết kế Vivado miễn phí, khóa học giúp người học có thể tự mình tái hiện toàn bộ quy trình từ thiết kế, triển khai đến kiểm chứng.

Ngoài ra, cũng có thể sử dụng trên các bo mạch FPGA của Digilent, bao gồm Zybo Z7. Vui lòng điều chỉnh ánh xạ chân XDC (bo mạch) và tham số chia tần số xung nhịp (RTL) cho phù hợp với bo mạch.

'NPU MNIST được tạo bằng FPGA' chỉ cần sửa ánh xạ chân XDC, còn các bài giảng sử dụng OLED và Camera thì cần sửa tham số chia tần số xung nhịp (RTL).

→Phần thực hành của khóa học được thiết lập các tham số chia tần dựa trên xung nhịp đầu vào 100 MHz của Arty S7. Vì các bo mạch khác có xung nhịp đầu vào khác nhau (ví dụ: Zybo Z7 là 125 MHz), bạn cần tính toán lại giá trị chia tần để đạt được cùng tần số mục tiêu. Nếu bỏ qua phần này, màn hình hoặc video sẽ không hiển thị bình thường, nên rất dễ lầm tưởng là lỗi mã; vui lòng kiểm tra kỹ.

 

Lộ trình full-stack liền mạch: từ nền tảng đến bộ tăng tốc mini LLM

Tất cả các bài giảng không phải là những mảnh ghép rời rạc, mà là hành trình hoàn thiện một hệ thống khổng lồ.

  • Step 1: Cơ bản về lý thuyết AI và xử lý hình ảnh (bao gồm Machine Learning)

  • Step 2: Thiết kế và kiểm chứng bộ tăng tốc AI (NPU) (bao gồm Machine Learning)

  • Bước 3: Thiết kế CPU RISC-V và tích hợp hệ thống

  • Bước 4: Triển khai SoC AI nâng cao và mở rộng thành nền tảng tăng tốc mini LLM (liên tục cập nhật nội dung)

     

 

Các chỉ số kiểm chứng khách quan

Tất cả sản phẩm thiết kế của khóa học này đều đã trải qua quá trình kiểm chứng nghiêm ngặt theo các tiêu chuẩn toàn cầu và giới học thuật.

  • Kiểm chứng kiến trúc RISC-V: CPU RISC-V do chúng tôi tự phát triển đã vượt qua bài kiểm tra tuân thủ chính thức (ACT) của quỹ quốc tế và công khai mã nguồn (GitHub)

  • Uy tín học thuật: 4 bài báo học thuật với tư cách tác giả duy nhất (đăng trên tạp chí học thuật danh tiếng IJIBC được KCI xếp hạng A)

  • Được công nhận trên toàn cầu: Đã xuất bản 4 cuốn sách kỹ thuật trên Amazon toàn cầu (đạt vị trí số 1 về doanh số bán chạy nhất)


    Sách đã xuất bản: Roger Kim: sách, tiểu sử, cập nhật mới nhất

  • Hoàn tất xác minh hoạt động thực tế: Các IP cốt lõi như CPU RV32I, NPU, hệ thống thị giác, GPS, Transformer, SoC AURA-Edge đã hoạt động hoàn hảo trong môi trường Arty S7

     

Hãy thử thách bản thân. Khi hoàn thành quá trình tự mình tải mã lên bo mạch và kiểm tra kết quả này, bạn sẽ nâng cấp thành một kỹ sư phần cứng với góc nhìn hoàn toàn khác trước.

Thêm

Chương trình giảng dạy

Tất cả

3 bài giảng ∙ (1giờ 13phút)

Ngày đăng: 
Cập nhật lần cuối: 

Đánh giá

Chưa có đủ đánh giá.
Hãy trở thành tác giả của một đánh giá giúp mọi người!

Khóa học khác của EdgeChipLab

Hãy khám phá các khóa học khác của giảng viên!

Khóa học tương tự

Khám phá các khóa học khác trong cùng lĩnh vực!

Miễn phí