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:
2026-09-05 14:06:53 +02:00
co-authored by Claude Sonnet 5
parent 07a48e401f
commit dc0b331d3e
161 changed files with 1151210 additions and 0 deletions
@@ -0,0 +1,40 @@
# C.13 — Coerenza datasheet↔RTL
Data: 2026-09-04.
## Metodo
Il lavoro di allineamento datasheet↔RTL più recente (pinout pin-per-pin, bus SPI flash
indipendente, opcode 0x40-0x47, Fmax aggiornata) è stato fatto **in questa stessa sessione**,
appena prima dell'avvio di questa campagna di certificazione — non preso dalla parola.
`grep` mirato sui documenti per confermare che nessuna cifra ovviamente stantia sia rimasta
(56 vs 57 segnali, `USRMCLK`, Fmax vecchie) non ha trovato residui.
## Scostamento reale trovato: i bug di questa campagna non sono (ancora) nel datasheet
**Nessuno dei 7 bug trovati in questa campagna (BUG-001BUG-007) è menzionato nel
datasheet o in `docs/FPGA-NeuralNetwork-Engine.md`** — verificato con una ricerca mirata,
non assunto. Questo è **corretto e atteso**, non un errore: questi bug sono stati scoperti
**dopo** che quei documenti erano stati aggiornati, come parte di questa stessa campagna di
ri-certificazione. Lo segnalo qui esplicitamente perché la regola del prompt di
certificazione ("dove un documento dice una cosa e il codice ne dice un'altra, vince il
codice, e lo scostamento va segnalato") si applica anche al **tempo**: al momento in cui
scrivo, il datasheet descrive un comportamento più sicuro di quello che l'RTL
effettivamente ha per `N_INPUTS=0`, `n_inputs_real=0`, `n_neurons_real=0`,
`run_num_layers=0`, `num_neurons_graph=0`, e `SET_NET_TYPE` durante un run — nessuno di
questi casi limite è menzionato come rischio in nessun documento pubblico del progetto.
**Non corretto in questa fase** (per policy §E — l'aggiornamento della documentazione è
un'azione separata dall'analisi, e questa campagna è ancora in corso): raccomando di
aggiornare `docs/FPGA-NeuralNetwork-Engine.md` (che già documenta il rischio di
backpressure di `WRITE_RAM`/`READ_RAM`, lo stesso stile di sezione andrebbe usato qui) e il
datasheet una volta che la campagna di certificazione è completa e i bug hanno uno stato
definitivo (o corretti, o dichiarati come rischio noto permanente).
## Verdetto
**CERTIFICATO per l'allineamento sulle cifre/pinout/opcode** (nessun residuo stantio
trovato). **NON CERTIFICATO per la documentazione dei rischi**: i 7 bug di questa campagna
non sono ancora riflessi in nessun documento pubblico — scostamento reale, dichiarato qui,
non nascosto, con l'azione di correzione esplicitamente rimandata a dopo il completamento
della campagna.