HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI"

Πᾰλαιμον Αρβανίτης
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 HY422 Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI Διδάσκων: Χ. Σωτηρίου, Βοηθός: Π. Ματτθαιάκης HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI Διδάσκων: Χ. Σωτηρίου, Βοηθοί: θα ανακοινωθούν 2 ΗΥ330 - Διάλεξη 6η - Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων 1

2 Περιεχόμενα Διασυνδέσεις Μοντελοποίηση των Παρασιτικών Διασυνδέσεις σε ένα Πραγματικό Κύκλωμα Παρασιτική Χωρητικότητα Διασύνδεσης Μοντέλα Χωρητικότητας Μοντέλα Παράλληλου Πυκνωτή και Πλευρικών Μοντέλο Αντίστασης Αντίσταση ανά τετράγωνο R Μοντέλα RC Μοντέλο Elmore ως (α) συγχωνευμένη RC, (β) κατανεμημένη RC Διασυνδέσεις transmitters receivers σχηματικό κατασκευή 2

3 Περιεχόμενα Διασυνδέσεις Μοντελοποίηση των Παρασιτικών Διασυνδέσεις σε ένα Πραγματικό Κύκλωμα Παρασιτική Χωρητικότητα Διασύνδεσης Μοντέλα Χωρητικότητας Μοντέλα Παράλληλου Πυκνωτή και Πλευρικών Μοντέλο Αντίστασης Αντίσταση ανά τετράγωνο R Μοντέλα RC Μοντέλο Elmore ως (α) συγχωνευμένη RC, (β) κατανεμημένη RC Μοντελοποίηση των Παρασιτικών Μοντέλο RLC Μοντέλο C 3

4 Επίδραση Διασυνδέσεων στο Ολοκληρωμένο Επίδραση Παρασιτικών των Διασυνδέσεων οι Παρασιτικές των Διασυνδέσεων μειώνουν την αξιοπιστία του κυκλώματος επηρεάζουν (α) απόδοση, (β) κατανάλωση! Είδη Παρασιτικών Χωρητικότητα παρασιτικός πυκνωτής Αντίσταση παρασιτική αντίσταση Εμπέδηση παρασιτικό πηνείο 4

5 Source: Intel 3/11/2014 Περιεχόμενα Διασυνδέσεις Μοντελοποίηση των Παρασιτικών Διασυνδέσεις σε ένα Πραγματικό Κύκλωμα Παρασιτική Χωρητικότητα Διασύνδεσης Μοντέλα Χωρητικότητας Μοντέλα Παράλληλου Πυκνωτή και Πλευρικών Μοντέλο Αντίστασης Αντίσταση ανά τετράγωνο R Μοντέλα RC Μοντέλο Elmore ως (α) συγχωνευμένη RC, (β) κατανεμημένη RC Διασυνδέσεις σε ένα Πραγματικό Κύκλωμα Local Interconnect Pentium Pro (R) Pentium(R) II Pentium (MMX) Pentium (R) Pentium (R) II No of nets (Log Scale) S Local = S Technology Global Interconnect S Global = S Die ,000 10, ,000 Length (u) 5

6 Περιεχόμενα Διασυνδέσεις Μοντελοποίηση των Παρασιτικών Διασυνδέσεις σε ένα Πραγματικό Κύκλωμα Παρασιτική Χωρητικότητα Διασύνδεσης Μοντέλα Χωρητικότητας Μοντέλα Παράλληλου Πυκνωτή και Πλευρικών Μοντέλο Αντίστασης Αντίσταση ανά τετράγωνο R Μοντέλα RC Μοντέλο Elmore ως (α) συγχωνευμένη RC, (β) κατανεμημένη RC Παρασιτική Χωρητικότητα Διασύνδεσης V DD V DD M2 C db2 C g4 M4 V in C gd12 V out V out2 M1 C db1 C w C g3 M3 Interconnect Fanout Simplified Model V in V out C L 6

7 Υπολογισμός Χωρητικότητας Απλό μοντέλο L Current flow W Electrical-field lines H t di Dielectric Substrate c int t di di WL Σχετική Διηλεκτρική Σταθερά εr 7

8 Περιεχόμενα Διασυνδέσεις Μοντελοποίηση των Παρασιτικών Διασυνδέσεις σε ένα Πραγματικό Κύκλωμα Παρασιτική Χωρητικότητα Διασύνδεσης Μοντέλα Χωρητικότητας Μοντέλα Παράλληλου Πυκνωτή και Πλευρικών Μοντέλο Αντίστασης Αντίσταση ανά τετράγωνο R Μοντέλα RC Μοντέλο Elmore ως (α) συγχωνευμένη RC, (β) κατανεμημένη RC Μοντέλο Πλευρικών Χωρητικοτήτων (a) H W - H/2 + (b) 8

9 Σύγκριση Ακρίβειας Μοντέλων Χωρητικότητα Διασυνδέσεων fringing parallel 9

10 Επιρροή Χωρητικοτήτων των Διασυνδέσεων Χωρητικότητες σε Διεργασία 0.25μm 10

11 Χωρητικότητες σε Διεργασία 0.25μm Παρακάτω φαίνονται οι χωρητικότητες μεταξύ αγωγών στο ίδιο επίπεδο σε af/μm και για αγωγούς ελάχιστης απόστασης: Layer Poly M1 M2 M3 M4 M5 Capacitance Περιεχόμενα Διασυνδέσεις Μοντελοποίηση των Παρασιτικών Διασυνδέσεις σε ένα Πραγματικό Κύκλωμα Παρασιτική Χωρητικότητα Διασύνδεσης Μοντέλα Χωρητικότητας Μοντέλα Παράλληλου Πυκνωτή και Πλευρικών Μοντέλο Αντίστασης Αντίσταση ανά τετράγωνο R Μοντέλα RC Μοντέλο Elmore ως (α) συγχωνευμένη RC, (β) κατανεμημένη RC 11

12 Αντίσταση R = L H W H L Sheet Resistance R o W R 1 R 2 Τιμές ειδικής αντίστασης ρ 12

13 Αντίσταση ανά Τετραγωνικό - R Διαχείριση των Αντιστάσεων Καλή επιλογή της τεχνολογίας μελέτη της αντίστασης των αγωγών Επιλεκτική Κλιμάκωση οι αγωγοί δεν κλιμακώνονται με τον ίδιο ρυθμό Καλύτερα υλικά Χαλκός, Silicide Μείωση του συνολικού WL (WireLength) Περισσότερα επίπεδα αγωγών Μπορούν να μειώσουν το μέσο WL (μέση απόσταση) Η αντίσταση των πάνω μετάλλων είναι συνήθως μικρότερη! 13

14 Silicide PolySilicon SiO 2 n + p n + Silicides: WSi 2, TiSi 2, PtSi 2 and TaSi Conductivity: 8-10 times better than Poly Παράδειγμα Intel 0.25μm CMOS 5 metal layers Ti/Al - Cu/Ti/TiN Polysilicon dielectric 14

15 Μοντελοποίηση Διασύνδεσης V out Driver c wire R driver V out V in C lumped Περιεχόμενα Διασυνδέσεις Μοντελοποίηση των Παρασιτικών Διασυνδέσεις σε ένα Πραγματικό Κύκλωμα Παρασιτική Χωρητικότητα Διασύνδεσης Μοντέλα Χωρητικότητας Μοντέλα Παράλληλου Πυκνωτή και Πλευρικών Μοντέλο Αντίστασης Αντίσταση ανά τετράγωνο R Μοντέλα RC Μοντέλο Elmore ως (α) συγχωνευμένη RC, (β) κατανεμημένη RC 15

16 Μοντέλο RC Καθυστέρησης Elmore Για δέντρα αντιστάσεων-πυκνωτών με τις παρακάτω ιδιότητες: Μια είσοδο s Ένα κόμβο i προς τον οποίον μας ενδιαφέρει να υπολογίσουμε ένα μοντέλο RC (λ.χ. καθυστέρηση) Όλες τις χωρητικότητες προς την γείωση (ή πηγή) Που δεν εμπεριέχουν κλειστούς βρόχους αντιστάσεων (παράλληλες αντιστάσεις δηλαδή) Υπάρχει 1 μοναδικό RC μονοπάτι μεταξύ s i Η προσέγγιση Elmore μπορεί να μας υπολογίσει το ισοδύναμο τ για οποιοδήποτε κόμβο i του δέντρου από το s. Καθυστέρηση Elmore R4 R5 C5 l s R1 C4 R3 R8 C8 k C1 C3 R6 R2 C6 R9 j R7 C2 C7 i C9 16

17 Καθυστέρηση Elmore Ορίζουμε Rik: κοινή αντίσταση μεταξύ i και k από το s: R ik R j ( R [ paths ( s i) paths ( s k)]) j Τότε με όλους τους κόμβους εκφορτισμένους και μια είσοδο 0 1 ή 1 0, το ισοδύναμο τ = RC από το s στο i είναι: Di n k 1 Δηλαδή πολλαπλασιάζουμε όλους τους πυκνωτές k με την κοινή αντίσταση μεταξύ i και k από το s C k R ik Καθυστέρηση RC Μοντέλο Elmore

18 Καθυστέρηση Elmore R4 R5 l C5 s R1 C1 C4 R3 C3 R2 C2 R6 C6 R7 C7 R8 i C8 k R9 C9 j Καθυστέρηση RC Μοντέλο Elmore

19 Καθυστέρηση Elmore για Αγωγό Ν τμημάτων Υπόθεση: Ο αγωγός αποτελείται από N ίσα, όμοια τμήματα Για μεγάλες τιμές του Ν: Συμπεράσματα - Κανόνες Οι καθυστερήσεις RC των αγωγών πρέπει να εξετάζονται όταν: 1. t prc συγκρίσιμο με t pgate της πύλης που οδηγεί Lcrit t pgate/ 0. 69RC 2. t r/f μικρότερο από RC tr / f RC διαφορετικά η αλλαγή του σήματος είναι πιο αργή από την καθυστέρηση του αγωγού του σήματος 19

Σχετικά έγγραφα

HY422 Ειςαγωγή ςτα Συςτήματα VLSI. HY422 - Διάλεξθ 4θ - Διαςυνδζςεισ

HY422 Ειςαγωγή ςτα Συςτήματα VLSI Διδάςκων: Χ. Σωτηρίου, Βοηθόσ: Π. Ματτθαιάκησ http://www.csd.uoc.gr/~hy422 Περιεχόμενα Διαςυνδζςεισ Μοντελοποίθςθ των Παραςιτικών Διαςυνδζςεισ ςε ζνα Πραγματικό Κφκλωμα