Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Elvonatkoztatási szintek a digitális rendszertervezésben Elektronikus Eszközök Tanszéke
eet.bme.hu
Rendszerszintű tervezés – BMEVIEEM314 Horváth Péter 2013
Rendszerszint (algoritmus szint) (ASIC/FPGA) ► Tervezési egység: GPCPU, GPGPU, DSP, memória (cache, operatív memória, háttértár), IO alrendszer, periféria-vezérlők, interfészek stb. ► A rendszer funkcionálisan jól elkülöníthető részekre bontása, az alrendszerek közötti interfészek definiálása ► Tervezői döntések mikroprocesszoros rendszerek esetén ► ► ► ►
Mikroprocesszorok száma (egyprocesszoros vagy többprocesszoros rendszer) Memória-alrendszer topológiája (multiprocesszor, multiszámítógép) Memória-hierarchia (cache szintek és méretek) Kommunikációs modellek: hand-shake, mailbox, FIFO stb.
eet.bme.hu
2 © BME Elektronikus Eszközök Tanszéke, 2010.
Regiszter-átviteli szint (RTL) (ASIC/FPGA) ► Tervezési egység: regiszter, memória, multiplexer, ALU, számláló stb. ► A „mikroarchitektúra” szintje ► Vezérlés és adatmanipuláció szétválasztása (vezérlő állapotgép + műveletvégző egység) ► A klasszikus logikaiszintézis-eszközök bemenete
► Tervezői döntések tárolt programú gépek esetén ► vezérlés: single-cycle vs. multicycle megvalósítás; SISD/SIMD; pipeline implementáció és a hozzá kapcsolódó technikák: adat-előrecsatolás (dataforwarding), elágazásbecslés (branch-prediction), sorrendtől eltérő végrehajtás (out-of-order execution), regiszterátnevezés (register renaming), feltételezett végrehajtás (predication) ► belső adattárolási struktúrák (regiszterek, regisztertömbök száma, interfészeik száma, cache architektúra kiválasztása) ► órajelséma: órajelek száma, frekvencia, fázis ► A megvalósítás alapjául szolgáló technológia figyelembe veendő (ASIC vs. FPGA)
eet.bme.hu
3 © BME Elektronikus Eszközök Tanszéke, 2010.
Kapuszint (ASIC) ► Tervezési egység: logikai kapu, flip-flop ► Hazárdok kiküszöbölése
► Tervezői döntések ► Kétszintű vs. többszintű logikai hálózat ► Alapcella-készlet kiválasztása: technológiai könyvtár (kapuk bemeneteinek száma, fogyasztás, flip-flopok esetén szinkron/aszinkron set/reset funkciók stb.) ► Kapuszintű architektúra kiválasztása; pl.: ripple-carry adder vs. carry lookahead adder
eet.bme.hu
4 © BME Elektronikus Eszközök Tanszéke, 2010.
Áramköri szint (ASIC) ► Tervezési egység: tranzisztor ► Technológia kiválasztása: tranzisztormodellek (Ebers-Moll, Gummel-Poon, EKV, BSIM3)
► Tervezői döntések ► A kapcsolástechnika kiválasztása (ECL, SCL, nMOS, statikus CMOS, dinamikus CMOS stb.) ► Topológia kiválasztása (domino CMOS, alternáló domino CMOS, pipeline domino CMOS stb.)
eet.bme.hu
5 © BME Elektronikus Eszközök Tanszéke, 2010.
Layout (ASIC) ► Tervezési egység: standard cellás esetben az alapcella, full-custom esetben poligon ► Optimalizálás területre/fogyasztásra/sebességre ► Alkatrészek elhelyezése: interdigitális elrendezés, termikus és elektromos csatolások, áthallások figyelembevétele ► Parazita hatások kiküszöbölése (kapacitív csatolások) vagy kihasználása (MOS kapacitás: szűrés)
► Tervezői döntések ► Alkatrészek-orientáció ► Technológiai könyvtár speciális lehetőségeinek kihasználása (nagy ellenállású poli-Si, megnyomott ellenállás, poli-Si kapacitás, MOS-kapacitás)
eet.bme.hu
6 © BME Elektronikus Eszközök Tanszéke, 2010.
Eszközszint (ASIC) ► A tranzisztorok paramétereinek (küszöbfeszültség, kapcsolási sebesség, maximális feszültség) beállítása, karakterisztikájának optimalizálása ► Arányos méretcsökkentés (scaling) ► Rövid- és keskenycsatornás effektusok (küszöbfeszültség-eltolódás, csatornahossz-moduláció) kompenzálása ► Forróelektron-hatás megelőzése ► Gate-kiürülés megelőzése ► Latch-up megelőzése ► Kvantumhatások (küszöbfeszültség-eltolódás, tunnel-áram) kiküszöbölése (HKMG) vagy kihasználása (EEPROM)
eet.bme.hu
7 © BME Elektronikus Eszközök Tanszéke, 2010.
Technológia (ASIC) ► Technológiai paraméterek (diffúzió hőmérséklete, időtartama, implantáció energiája, időtartama stb.) hatása az eszközkonstrukció szempontjából fontos jellemzőkre (oxidvastagság, vezetőképesség, kisebbségi töltéshordozók élettartama, töltéshordozómozgékonyság, szennyezőatomok koncentrációja stb.)
Fe Fe Fe 8
eet.bme.hu © BME Elektronikus Eszközök Tanszéke, 2010.
