Programa de Microcredenciales en Microelectrónica

Esta microcredencial proporciona una introducción práctica a la arquitectura de procesador abierta RISC-V, así como a los distintos componentes a nivel de sistema de un System-on-Chip (SoC).

Se abordan temas fundamentales de la arquitectura de computadores relevantes para el diseño de soluciones basadas en el estándard de hardware abierto RISC-V. Este estándar está transformando el diseño de procesadores permitiendo el codiseño de software y hardware. La posibilidad de implementar hardware abierto, así como de desarrollar el software de soporte, acelera el proceso de diseño de nuevos sistemas. En este curso los estudiantes se familiarizarán con la arquitectura RISC-V y su ecosistema.

Se examinarán los fundamentos de las tecnologías hardware, la arquitectura del conjunto de instrucciones de RISC-V, el lenguaje ensamblador, la microarquitecturas de procesador que explotan paralelismo a nivel de instrucción, las jerarquías de memoria y los sistemas de entrada/salida. Se evaluará cómo la configuración de distintos elementos en la microarquitectura es esencial para lograr un buen rendimiento y eficiencia energética, y se ilustrará usando herramientas de profiling y benchmarks de referencia.

El énfasis se pone en la adquisición de conocimientos que serán útiles para un graduado o posgraduado que quiera incorporarse al equipo de desarrollo software o hardware de empresas o centros tecnológicos que diseñan productos o servicios basados en procesadores RISC-V. Así como a investigadores que deseen contribuir con nuevas propuestas o extensiones al estándar RISC-V.

Tipo de enseñanza:

Esta microcredencial se realiza de manera híbrida, esto es, se combina la modalidad presencial y la virtual o remota. El equipo docente indicará qué contenidos se imparten en una u otra de las modalidades.

Directores académicos:

  Prof. M. Angeles González Navarro (Universidad de Málaga - Arquitectura de Computadores), email: magonzalez@uma.es
  Prof. José M. González Linares (Universidad de Málaga - Arquitectura de Computadores), email: jgl@uma.es

Objetivo concreto de esta microcredencial:

  Ofrecer una visión de las actuales arquitecturas de computador contemporáneas que abarca los fundamentos de las tecnologías hardware, lenguaje ensamblador, segmentación, jerarquías de memoria, entrada/salida y casos prácticos.

Competencias o resultados de apredizaje:

  Capacidad de conocer, comprender y evaluar la estructura y arquitectura de los computadores, así como los componentes básicos que los conforman.
  Capacidad de diseñar y construir sistemas digitales, incluyendo computadores, sistemas basados en microprocesador y sistemas de comunicaciones.
  Capacidad de analizar y evaluar arquitecturas de computador, así como desarrollar y optimizar software para las mismas.
  Capacidad para analizar, evaluar, seleccionar y configurar plataformas hardware para el desarrollo y ejecución de aplicaciones y servicios informáticos.
  Capacidad para diseñar y evaluar interfaces persona computador que garanticen la accesibilidad y usabilidad a los sistemas, servicios y aplicaciones informáticas.

Contenidos de la microcredencial:

  Fundamentos del diseño y evaluación de computadores. Métricas de rendimiento y de consumo de energía, ley de Amdahl y modelos de rendimiento.
  Diseño del conjunto de instrucciones de RISC-V. Ensamblador y tipos de datos básicos, proceso de compilación, diseño de un procesador básico, entrada/salida y soporte hardware.
  Diseño de la jerarquía de memoria. Memoria cache, memoria virtual, tecnologías de memoria y optimizaciones.
  Segmentación y paralelismo a nivel de instrucción (ILP). Técnicas de compilación para ILP, predicción de salto, programación dinámica, emisión múltiple y especulación.

Equipo docente:

  Prof. M. Angeles González Navarro (Universidad de Málaga - Arquitectura de Computadores)
  Prof. José M. González Linares (Universidad de Málaga - Arquitectura de Computadores)
  Prof. Julio Villalba Moreno (Universidad de Málaga - Arquitectura de Computadores)
  Prof. Gerardo Bandera Burqueño (Universidad de Málaga - Arquitectura de Computadores)

Número de créditos: 4.5 ECTS (45 horas)

Fecha de inicio: 05/05/2025
Fecha de fin: 21/07/2025

Horario:
  Martes de 17:30 a 19:30
  Jueves de 15:30 a 17:30

Lugar:
  Laboratorio 2.1.9B (Universidad de Málaga - ETSI Informática)
  Campus Virtual, Microsoft Teams

Se utiliza la lección magistral para presentar conceptos, técnicas, tecnologías y ejemplos ilustrativos de las actuales arquitecturas de computador, que ayuden al estudiante a tener una comprensión clara de la arquitectura y funcionamiento interno de un computador de propósito general. Como caso de estudio, se usa RISC-V, la arquitectura de procesador estándar de hardware abierto que está transformando el diseño de los actuales procesadores. En este curso los estudiantes se familiarizan con esta arquitectura y su ecosistema, así como de los distintos componentes de un SoC.

Por otro lado, se utilizan la resolución de problemas y las prácticas en laboratorio para que el estudiante sea capaz de comprender mejor la arquitectura RISC-V, evaluar el impacto de las diferentes estructuras hardware de un computador en la ejecución de una aplicación, así como analizar las ventajas e inconvenientes de las optimizaciones software que hacen uso de dichos recursos hardware. Las prácticas en laboratorio además permiten entender y configurar la microarquitectura del core RISC-V y probar sus diferentes características utilizando contadores de rendimiento y benchmarks estándar de la industria. Así mismo, los estudiantes se familiarizan con entornos y herramientas de simulación.

Al finalizar el curso, los estudiantes deben ser capaces de utilizar RISC-V para mejorar el consumo de energía y el rendimiento de los procesadores y contribuir a dar forma a futuros SoCs basados en esta arquitectura.

Evaluación de la formación:

De forma genérica, se intercalan las sesiones de teoría en el aula con sesiones prácticas en el laboratorio. Algunas de estas sesiones se planifican para que el estudiante pueda realizarlas en remoto.

La evaluación será continua. Durante la impartición de la microcredencial se realizarán dos controles parciales, donde el primero evaluará las dos primeras unidades temáticas mientras que el segundo evaluará las dos últimas. Además, durante la impartición de los contenidos el alumno deberá desarrollar y entregar en los plazos correspondientes los ejercicios, prácticas y actividades académicas dirigidas que le proponga su profesor.

Titulaciones requeridas:

  Ingeniería en Telecomunicaciones o afín (Telemática, Sistemas Electrónicos, Tecnología de Telecomunicación...).
  Ingeniería Informática o afín (Computadores, Software...).
  Ingeniería Industrial o afín (Electrónica Industrial, Mecatrónica, Robótica...).
  Otras ingenierías afines.

Los contenidos y prácticas de esta microcredencial se coordinan con la microcredencial Arquitectura de Computadores Paralelos con RISC-V (Módulo 2), que constituye la continuación de ésta y donde se estudian los contenidos avanzados relacionados con las arquitecturas paralelas.