feat(v2): scaffold hardware/v1 frozen baseline + M1 Neural Processor
Begins the V2 Neural Multiprocessor / Dataflow architecture per docs/v2-description.md, per explicit user request to freeze V1 and start V2 development, copying from V1 what's needed. Scaffold: - hardware/v1/: byte-exact, read-only copy of the current V1 codebase (rtl, testbenches, tools, constraints, a representative subset of synthesis results, and reference docs) -- verified identical via diff/cmp against the live top-level tree before being made filesystem-read-only. The live top-level tree is untouched and remains the project's "production" V1 (see hardware/v1/README.md and hardware/v2/logs/decisions.log DEC-0001 for why copy-not-move). - hardware/v2/: mandatory structure (rtl/sim/constraints/synthesis/ reports/scripts/logs/docs) plus the full logging system required by the spec (development/architecture/simulation/synthesis/timing/ benchmark/decisions/experiments/errors.log). M1 -- Neural Processor (hardware/v2/rtl/neural_processor.v): - 8-stage pipelined perceptron unit (P_IN=8): input align, 8 multipliers, 3-level adder tree, accumulator, bias+activation, INT8 saturation. Genuine 1-tile/cycle throughput, not just a wider combinational datapath. - 7-state FSM (NP_IDLE..NP_ERROR per docs/v2-description.md §6, with 4 baseline states merged into NP_WAIT_OPERANDS -- see decisions.log DEC-0002); valid/ready/data/last stream interfaces per §7. - Bit-exact vs the frozen hardware/v1/rtl/neuron_parallel.v + mac8.v + mac_unit.v: 7/7 tests pass (hardware/v2/sim/tb_neural_processor.v), covering regular/mixed-sign/extreme-INT8 vectors, both activations, a zero-idle-gap back-to-back-tiles throughput check, and an 8-tile job -- verified with Verilator (see below for why). - Real synthesis + place&route (Yosys + nextpnr-ecp5): 0 CHECK problems, Fmax 183.12 MHz at ACC_WIDTH=32 (PASS at 80MHz, ~3x V1's isolated PARALLEL=8 Fmax of 61.71 MHz) and 176.21 MHz at ACC_WIDTH=24 (a user-requested comparison experiment, also bit-exact-verified; see experiments.log EXP-0001/EXP-0002 and benchmark.log). Three real bugs found and resolved during M1 development (full diagnostic record in errors.log): - Two independent, reproducible Icarus Verilog v13.0 scheduling defects (ERR-0001, ERR-0002) that silently produced wrong simulation results for standard sequential Verilog -- confirmed via Verilator 5.050 giving correct results on the same minimal repros. Verilator is now the trusted simulator for hardware/v2/ (decisions.log DEC-0004); Icarus's affected protocol-violation check was removed from the RTL and deferred architecturally to the Neural Director (DEC-0003) rather than chased further. - One real RTL bug (ERR-0003): last0 wasn't gated like valid0, letting a "last tile" tag leak into the pipeline ahead of its actual valid tile on back-to-back jobs. Fixed and verified. Co-Authored-By: Claude Sonnet 5 <noreply@anthropic.com> Claude-Session: https://claude.ai/code/session_013xXuuRUWZScuo1DeYJxs3v
This commit is contained in:
@@ -0,0 +1,63 @@
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# FPGA-Neural V1 — Golden Reference (FROZEN)
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Questo albero è una copia bit-esatta del codice V1 così come esisteva al commit
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`07a48e4` (fix: close 7 zero-value/mid-run guard gaps found in re-certification
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campaign) del repository principale. Verificato byte-per-byte al momento della
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creazione (`diff -rq` contro `rtl/` e `sim/*.v` dell'albero principale, 0
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differenze).
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## Regola non negoziabile
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**Questo albero non deve mai essere modificato.** È il riferimento funzionale,
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numerico, prestazionale e bit-exact per ogni sviluppo V2 (`hardware/v2/`), per
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policy esplicita di `docs/v2-description.md` §1 e §34 ("V1 rimane intatta").
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Se un bug o miglioramento V1 viene scoperto durante lo sviluppo V2, **non
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correggerlo qui**: documentarlo in `hardware/v2/logs/decisions.log` o
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`errors.log` e, se necessario, applicarlo separatamente al V1 "vivo"
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nell'albero principale del repository (`rtl/`, `sim/`, ecc.), mai in questa
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copia.
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## Contenuto
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- `rtl/` — i 20 moduli RTL V1 (copia di `rtl/*.v` dell'albero principale).
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- `sim/` — le 47 testbench V1 (copia di `sim/*.v`, esclusi i `.vcd` generati:
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rieseguibili in loco con `iverilog`/`vvp`, non servono duplicati).
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- `tools/` — copia di `tools/` (harness di regressione, netasm, generatore
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`.lpf`, oracoli di validazione).
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- `constraints/` — i vincoli `.lpf` per ECP5 (`spi_neuron_top.lpf`,
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`spi_neuron_top_flash.lpf`).
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- `synthesis/` — sottoinsieme rappresentativo dei risultati di sintesi reale
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già misurati sul V1 (non l'intera storia sperimentale, che resta
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nell'albero principale sotto `synth/ecp5/`):
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- `post_fix_verify/` — sistema completo (`spi_neuron_top` con sottosistema
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flash, PARALLEL=8), stato più recente e autorevole: 0 errori di vincolo,
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**Fmax 68.65 MHz**.
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- `p2/`, `p4/`, `p8/` — sweep isolato di `neuron_parallel` a PARALLEL
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variabile (N_INPUTS=256), stessa fonte dei numeri citati in
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`docs/v2-description.md` §3 per P8/P4/P2. Il dato P16 (52.13 MHz) citato
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nella stessa sezione proviene da `docs/FPGA-Neural-Datapatch-Benchmark.md`
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(copiato in `docs/`), non da un artefatto di sintesi grezzo separato.
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- `docs/` — copia dei documenti di riferimento: `WORKLOG.md`, i capitoli di
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`docs/validation/` (campagna di certificazione + registro bug), il datasheet
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markdown (`FPGA-NeuralNetwork-Engine.md`), il report benchmark
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(`FPGA-Neural-Datapatch-Benchmark.md`) e il documento hardware
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(`FPGA-Neural-Hardware-Design.md`).
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## Dati baseline citati da V2 (`docs/v2-description.md` §3)
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| Config | Fmax (isolato, N_INPUTS=256) | Fonte |
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| PARALLEL=16 | 52.13 MHz (FAIL @80MHz) | `docs/FPGA-Neural-Datapatch-Benchmark.md` |
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| PARALLEL=8 | 61.71 MHz (FAIL @80MHz) | `synthesis/p8/` |
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| PARALLEL=4 | 75.01 MHz (FAIL @80MHz) | `synthesis/p4/` |
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| PARALLEL=2 | 87.88 MHz (PASS @80MHz) | `synthesis/p2/` |
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Sistema integrato (`spi_neuron_top`, PARALLEL=8, sottosistema flash incluso):
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**68.65 MHz** (`synthesis/post_fix_verify/`, più recente della cifra 65.13 MHz
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citata in `docs/v2-description.md` §3, che si riferiva a uno stato pre-fix
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precedente — vedi `docs/WORKLOG.md` per la cronologia completa).
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Percorso critico osservato in ogni misura: logica di `neuron_parallel.v`
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(catena di riporto CCU2C del comparatore/accumulatore) e la sua
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interconnessione — mai il controller PSRAM.
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