Semiconductor Engineering se reunió con Larry Pileggi, director de Coraluppi y profesor Tanoto de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad Carnegie Mellon, y ganador del premio Phil Kaufman de este año por sus contribuciones pioneras. Lo que sigue son extractos de esa conversación.

SE: ¿Cuándo empezó a trabajar en semiconductores y, en particular, en EDA?

Pileggi: Esto fue en 1984 en la investigación de Westinghouse. Estábamos fabricando ASIC (analógicos y digitales) y con lo digital teníamos simuladores lógicos. Pero para lo analógico, no había forma de simularlos en Westinghouse. Ni siquiera tenían SPICE cargado en la máquina. Así que conseguí una copia de SPICE de Berkeley, cargué esa cinta y fui el primero en usarla en el centro de investigación. Vi lo limitado que era y pensé: 'Debe haber cosas más maduras que ésta'. Mientras trabajaba allí, estaba tomando una clase con Andrzej Strojwas en CMU (Universidad Carnegie Mellon). Se acercó a mí después de algunas semanas en esa clase y me dijo: "Realmente creo que deberías volver a la escuela para obtener un doctorado". Nunca lo había considerado hasta ese momento. ¿Pero cobrar por ir a la escuela? Eso fue genial, así que me inscribí.

SE: La simulación de circuitos en analógico es en gran medida fuerza bruta, ¿verdad?

Pileggi: Las herramientas que existen son realmente buenas. Hay muchas SPICE por ahí y todas tienen sus nichos que pueden hacer cosas realmente geniales. Pero no es algo que puedas escalar fácilmente. Eso ha sido realmente un desafío. Hay fuerza bruta en el bucle más interno, pero puedes acelerarla con hardware.

SE: ¿Cuál fue el momento decisivo para usted con respecto a lidiar con la latencia de la interconexión a medida que la interconexión seguía creciendo?

Pileggi: Hubo cierto interés en analizar las redes RC que aparecían en los chips como una clase especial de problema. Pablo Penfield y otros en el MIT hicieron esto Elmore aproximación de líneas RC utilizando el primer momento de la respuesta al impulso. Es de un artículo de Elmore de la década de 1930 sobre la estimación del retardo de los amplificadores. Marcos Horowitz, un alumno de Penfield, intentó extender eso a unos momentos. Lo que hicimos fue un enfoque más generalizado, utilizando muchos momentos y construyendo aproximaciones de alto orden que se podrían aplicar a estas líneas RC. Entonces realmente estás usando esto para calcular las constantes de tiempo dominantes, o los polos dominantes, en la red. Y para los circuitos RC, lo realmente interesante es que cuanto más grande se vuelve la red, más dominantes se vuelven los polos. Así que podrías tener un millón de nodos, y son un millón de condensadores y un millón de polos, pero para una línea RC, tres de ellos lo modelarán muy bien. Eso hace que las cosas sean realmente eficientes, siempre que puedas capturar esos tres de manera eficiente. Fui ingenuo al no saber que a los matemáticos franceses les gusta [Henri] Padecer Ya había intentado aproximaciones de Pade mucho antes. Me lancé como, 'Oh, esto debería funcionar'. Y me encontré con muchas de las realidades de por qué no funciona. Pero luego pude aplicar parte del conocimiento del circuito para colocarlo en un lugar donde funcionara de manera muy efectiva.

SE: Gran parte de esos primeros trabajos giraron en torno a señales de radio. Pero a medida que trasladas eso al mundo de la informática, ¿qué más puedes hacer con eso? Y si ahora no tienes que poner todo en un solo chip, ¿eso cambia las cosas?

Pileggi: Tomemos, por ejemplo, la distribución de energía de un circuito integrado. Esto está dominado principalmente en el chip por el fenómeno RC. La resistencia domina con creces la impedancia jωL: la inductancia. Pero cuando pasas a un paquete, eso es diferente. Si junta diferentes chips, ya sea que los apile o los coloque en un intercalador, la inductancia comienza a asomar su fea cara. La inductancia es extraordinariamente difícil de modelar y simular. El problema es que cuando miras las capacitancias, es una matriz potencial donde tomas los acoplamientos más cercanos y dices: 'Está bien, tengo suficiente capacitancia para decir que esto dominará el comportamiento'. Básicamente estás tirando lo que no necesitas. Con la inductancia, existe una relación recíproca en comparación con la capacitancia. Ahora bien, si desea el efecto de inductancia dominante, no es tan fácil de conseguir. Si tiene acoplamientos mutuos de todo con todo lo demás, y si dice que voy a desechar los acoplamientos con cosas lejanas, es algo aparentemente razonable desde el punto de vista de la precisión, pero afecta la estabilidad de la aproximación. Básicamente, puede violar la conservación del flujo, de modo que se obtengan polos positivos. Por lo tanto, es posible crear sistemas inestables simplemente desechando pequeños términos de inductancia. Por lo general, cuando ves a alguien calculando la inductancia, en realidad es solo una estimación, o ha hecho algunas cosas para convertirla en un modelo estable.

SE: ¿Esa simulación se basa en la regla 80/20 o 90/10?

Pileggi: Incluso para los paquetes que teníamos antes de comenzar a hacer cosas con múltiples chips, la distribución de energía era RC, pero cuando lo conviertes en un paquete con muchas capas de metal, es LC. Hemos tenido el mismo problema durante los últimos 20 años, pero lo que sucede lo han gestionado buenos ingenieros. Aplican métodos muy conservadores para asegurarse de que los chips funcionen.

SE: Ahora, cuando agrupas eso en nodos y paquetes avanzados y eliminas todo ese margen, te enfrentas a serios desafíos, ¿verdad?

Pileggi: Sí, y por eso fue un buen momento para cambiarme a las redes eléctricas.

SE: Sin embargo, las redes eléctricas de nuestras comunidades tienen sus propios problemas, como la localización y la combinación de corriente continua y alterna, y un montón de inversores.

Pileggi: Es un problema fascinante. Cuando entré por primera vez, un estudiante mío comenzó a contarme cómo hacían la simulación. Dije: 'Vaya, eso no tiene ningún sentido'. Ingenuamente pensé que era como un gran circuito, pero es mucho más que eso. Es un problema muy interesante en el que trabajar. Hemos desarrollado mucha tecnología realmente interesante para ese problema. Con los inversores, hay todo un circuito de control. No existe la inercia que se tiene con las grandes máquinas rotativas alimentadas por carbón. Pero tienes todos estos componentes en la misma red. El comportamiento dinámico de la red es un problema enorme.

SE: ¿Eso también varía según el clima? Tienes que lidiar con grandes variaciones en la temperatura ambiente y todo tipo de ruido.

Pileggi: Si, absolutamente. De hecho, el comportamiento de las líneas depende en gran medida de la temperatura. Eso afecta la resistencia de las líneas de transmisión. La frecuencia es muy baja, pero las longitudes son muy largas, por lo que tienes problemas similares, pero aún más con las energías renovables. Hay sol, luego una nube, luego sol. O el viento cambia de dirección. ¿Cómo se almacena energía para usarla más tarde? Ahí es donde hablan de baterías pesadas bajo tierra y cosas así. Hacer esto con una red antigua, como la que tenemos, es un desafío. Preferiría empezar desde cero.

SE: Cuando usted comenzó en la electrónica, ¿era en gran medida dominio de algunas empresas muy grandes con presupuestos de investigación muy grandes?

Pileggi: Sí, y aquí es donde viste que la gestión realmente marca la diferencia. Algunas de esas empresas, como Westinghouse Research, tenían estas increíbles instalaciones de I+D, pero no las utilizaban de forma eficaz, como toda la investigación sobre arseniuro de galio en la que yo trabajaba. Parecía que cada vez que desarrollábamos algo para mejorar algo, la dirección no siempre sabía qué hacer con ello. Trabajé con algunas de las personas más inteligentes que he conocido y habían trabajado en proyectos como la primera cámara en el espacio, pero vivían en la oscuridad. Nadie sabía nada sobre su trabajo, pero era simplemente asombroso.

SE: Otra pregunta relacionada con las matemáticas. Al parecer tienes fama de ser un jugador de póquer muy fuerte. ¿Cómo chocaron estos dos mundos?

Pileggi: Estaba en Las Vegas para una reunión de DARPA y tenía una tarde libre y había un torneo de póquer Texas Hold'em. Pensé que sería divertido, así que jugué cuatro o cinco horas, me noquearon y me costó 100 dólares. Aunque me intrigó. Regresé a Pittsburgh y descubrí que nuestro casino local había abierto una sala de póquer con torneos. Empecé a mejorar, probablemente porque leí como 30 libros sobre el tema. Cuanto más juegas, más te das cuenta de que esto tiene muchas capas. Finalmente jugué en la Serie Mundial en Las Vegas, porque es como una lista de deseos, y esa primera vez llegué al segundo día del evento principal. Eso equivale a terminar entre el 40% superior del campo. Cuando regresé a Pittsburgh, hubo un evento de la 'Noche del póquer en Estados Unidos' en el casino. Había unas 300 personas y algunos profesionales. Jugué allí y gané el primer lugar. Eso fue un sábado alrededor del Día de Acción de Gracias en 2013. Tocamos desde el mediodía hasta poco después de la medianoche, y luego comenzamos de nuevo el domingo. Jugamos hasta las cinco de la mañana.

SE: Eso debe haber pasado factura.

Pileggi: Sí, porque yo estaba presidiendo la búsqueda de nuevos jefes de departamento. Tenía programada una reunión el lunes por la mañana a la que no podía faltar, así que les envié un correo electrónico a todos para decirles que llegaría una hora tarde y les pregunté si podían posponer la reunión. Fui a casa y comí algo, dormí una hora y fui al campus para hacer la votación final. Preguntaron ¿qué pasó? Dije que estaba en un torneo de póquer. Pensaron que estaba bromeando. Pero luego me vieron en la televisión. Todas las estaciones de noticias locales lo cubrieron como: "El profesor local falta a la escuela". Recibí una llamada de alguien con quien no había hablado en 34 años. Mi decano dijo que su hijo pensaba que la ingeniería era una estupidez. Pero luego descubrió que este ingeniero ganó este torneo de póquer y ahora piensa que la ingeniería es realmente genial.

SE: ¿Cómo afectó eso a tus clases de ingeniería?

Pileggi: Me presenté a un grupo de estudiantes aquí hace dos años cuando me convertí en jefe del departamento y les pregunté si tenían alguna pregunta. Una joven levantó la mano y dijo: 'Sí, ¿puedes enseñarnos a jugar al póquer?' Por eso ahora hago una sesión de entrenamiento de póquer con estudiantes una vez por semestre.

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• Fuente: https://semiengineering.com/latency-interconnects-and-poker/