Γ. Τσιατούχας. VLSI Technology and Computer Architecture Lab. Εισαγωγή 2

Σχετικά έγγραφα
Και Εγέννετω Φως. Το Τρανζίστορ! ENIAC. Μικροηλεκτρονική 3. Το πρώτο τρανζίστορ! Τρανζίστορ στα 180nm Bell Labs Μικροηλεκτρονική 4

Γ. Τσιατούχας. VLSI systems and Computer Architecture Lab. Μικροηλεκτρονική 2

Κυκλωμάτων» Χειμερινό εξάμηνο

4/10/2008. Εισαγωγή στη σχεδίαση συστημάτων VLSI. Περιεχόμενα μαθήματος. Γιώργος Δημητρακόπουλος. Βιβλιογραφία. Ψηφιακά συστήματα.

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI.

Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

Σχεδίαση CMOS Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωµάτων

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα

Οι Διδάσκοντες. Αντώνης Πασχάλης, Καθηγητής, Θεωρία. Χρήστος Κρανιώτης, ΕEΔΙΠ, Εργαστήριο

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι. Ενότητα 10: Κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Χατζόπουλος Αλκιβιάδης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχ.

Γ. Τσιατούχας. Βασικές Αρχές Κυκλωµάτων

Συστήματα VLSI. Εισαγωγή. Γιώργος Δημητρακόπουλος. Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης. Άνοιξη 2014

Τεχνικές βελτιστοποίησης µε σκοπό την επίτευξη χαµηλής κατανάλωσης ισχύος

Κεφάλαιο 14 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Σχεδιαστικές Μεθοδολογίες 2

ΗΜΥ 210: Λογικός Σχεδιασµός, Εαρινό Εξάµηνο Ένα συνδυαστικό κύκλωµα µπορεί να περιγραφεί από: Φεβ-05. n-είσοδοι

Κεφάλαιο 7 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Technology and Computer Architecture Lab. Ακολουθιακή Λογική 2

Ανάλυση κατά συχνότητα Φίλτρα

Η επικράτηση των ψηφιακών κυκλωμάτων 1o μέρος

Εισαγωγή στον έλεγχο ορθής λειτουργίας ψηφιακών συστημάτων. Δημήτρης Νικολός, Τμήμα Μηχ. Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής, Παν.

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων 1: Εισαγωγή

ΣΤΑΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΝΗΜΕΣ ΤΥΧΑΙΑΣ ΠΡΟΣΠΕΛΑΣΗΣ (Static and Dynamic RAMs). ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΘΕΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΟΤΗΤΕΣ

Κεφάλαιο 10 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Ακολουθιακή Λογική 2

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΗΜΥ 307 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ. Εαρινό Εξάμηνο ΧΑΡΗΣ ΘΕΟΧΑΡΙΔΗΣ

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Περιεχόμενα. Πρόλογος... XI. Κεφάλαιο 1. Συστήματα Βασισμένα σε FPGA Κεφάλαιο 2. Τεχνολογία VLSI Εισαγωγή Βασικές Αρχές...

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Φόρμα Σχεδιασμού Διάλεξης (ημ/α:15/10/07, έκδοση:0.1 ) 1. Κωδικός Μαθήματος : 2. Α/Α Διάλεξης : 1 1. Τίτλος : 1. Εισαγωγή στην Αρχιτεκτονική Η/Υ

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 1ο.. Λιούπης

Εισαγωγή στην Αρχιτεκτονική Η/Υ

Πανεπιστήμιο Πειραιώς Τμήμα Πληροφορικής Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών «Προηγμένα Συστήματα Πληροφορικής» Μεταπτυχιακή Διατριβή

Κεφάλαιο 1 Αφαιρετικότητα και Τεχνολογία Υπολογιστών (Computer Abstractions and Technology)

Κεφάλαιο 9 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. CMOS Λογικές ομές 2

Διαφορές single-processor αρχιτεκτονικών και SoCs

Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

Προγραµµατισµός Συστηµάτων Πραγµατικού Χρόνου

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ - VHDL ΑΝΤΩΝΗΣ ΠΑΣΧΑΛΗΣ

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο Περίληψη

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI. Σταθερές Μνήμες Αρχιτεκτονικές Μνήμης RAM

Συστήματα σε Ολοκληρωμένα Κυκλώματα

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων. Δεληγιαννίδης Σταύρος Φυσικός, MsC in Microelectronic Design

HY:433 Σχεδίαση Αναλογικών/Μεικτών και Υψισυχνών Κυκλωμάτων (περιγραφή μαθήματος) Φώτης Πλέσσας

ΑρχιτεκτονικήΥπολογιστών. Ι (ένα) Δημήτρης Γκιζόπουλος. Καθηγητής

Εισαγωγή στην πληροφορική

Σχεδίαση Υπολογιστικών

Εργαστηριακή άσκηση. Θεωρητικός και πρακτικός υπολογισμός καθυστερήσεων σε λογικά δίκτυα πολλών σταδίων

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Ι (ένα)

Εισαγωγή στην Αρχιτεκτονική Η/Υ

Το μάθημα συνοπτικά (1) Το μάθημα συνοπτικά (2) Τι είναι ένα υπολογιστικό σύστημα ;

HY:433 Αναλογικά Κυκλώματα VLSI (περιγραφή μαθήματος) Φώτης Πλέσσας

Ενσωματωμένα Συστήματα

ς Ποιότητα ξιολόγηση Α

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Πτυχιακή Εργασία Σχεδίαση κυκλωμάτων επικοινωνίας με απλές οθόνες, με τη γλώσσα VHDL και υλοποίηση στις αναπτυξιακές πλακέτες LP-2900 και DE2.

3 η Θεµατική Ενότητα. Μέρος Ι. Reuse Methodology. Εισαγωγή. Μεθοδολογία Σχεδιασµού για Επαναχρησιµοποίηση

Chapter 4 ( ή 1 στο βιβλίο σας)

Κεφάλαιο 12 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Μνήμες 2

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων. Συνδιαστικά Λογικά Κυκλώματα / Ολοκληρωμένα Κυκλώματα 1

Σχεδίαση CMOS Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

Κεφάλαιο 2 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab

2. ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ. e-book ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΑΣΗΜΑΚΗΣ-ΒΟΥΡΒΟΥΛΑΚΗΣ- ΚΑΚΑΡΟΥΝΤΑΣ-ΛΕΛΙΓΚΟΥ 1

Τεχνολογία Υπολογιστικών Συστηµάτων & Λειτουργικά Συστήµατα Κεφάλαιο 1

Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων

Οργάνωση της φυσικής δομής του ολοκληρωμένου κυκλώματος

Λογικά σύμβολα των CPU, RAM, ROM και I/O module

Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές Δ Εξάμηνο

Κεφάλαιο Τρία: Ψηφιακά Ηλεκτρονικά

Αρχιτεκτονικές Υπολογιστών

VHDL Εισαγωγικές έννοιες

Ενότητα 6 ΑΝΑΛΥΣΗ & ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗΣ ΛΟΓΙΚΗΣ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΠΟΛΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

Σύνθεση Ψηφιακών Συστηµάτων. Χ. Καβουσιανός

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Οικογένειες Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Ψηφιακής Λογικής

Chapter 4 (1) Αξιολόγηση και κατανόηση της απόδοσης

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΟ ΕΓΧΕΙΡΙ ΙΟ ΓΙΑ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΓΛΩΣΣΑΣ VHDL

7 η Θεµατική Ενότητα : Εισαγωγή στις Γλώσσες Περιγραφής Υλικού

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΥΛΙΚΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

ΜΕΛΕΤΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ

Δομημένος Προγραμματισμός

Κεφάλαιο 15 o. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Έλεγχος Ορθής Λειτουργίας 2

Περιγραφή Κυκλωμάτων με χρήση της VHDL. Εισαγωγικές έννοιες για σχεδιασμό με τη VHDL

MPSoCs για εφαρμογές Video

.Λιούπης. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Ακεραιότητα Ψηφιακού Σήµατος 1

Εισαγωγή στα κυκλώµατα CMOS 2

Ενσωματωμένα Συστήματα

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφιακή Σχεδίαση

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 3ο.. Λιούπης

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI

Το μάθημα συνοπτικά (1) Το μάθημα συνοπτικά (2) Τι είναι ένα υπολογιστικό σύστημα ;

Transcript:

ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ VLSI Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Εισαγωγή Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Γ. Τσιατούχας ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ VLSI Διάρθρωση 1. Ολοκληρωμένα κυκλώματα 2. Εξέλιξη τεχνολογίας 3. Σχεδιαστικές πρακτικές VLSI Technology and Computer Architecture Lab Εισαγωγή 2 1

Άξονες του Μαθήματος To MOS τρανζίστορ Η τεχνολογία CMOS Σχεδίαση ολοκληρωμένων ψηφιακών κυκλωμάτων CMOS Χαρακτηρισμός κυκλωμάτων Μέθοδοι σχεδίασης σύνθετων κυκλωμάτων CMOS Δομικές μονάδες αριθμητικών κυκλωμάτων Σχεδίαση υποσυστημάτων Σχεδίαση μνημών Τεχνικές ελέγχου ορθής λειτουργίας κυκλωμάτων CMOS Εισαγωγή 3 Πληροφορίες Εργαστήριο: Το εργαστήριο συμβάλλει κατά 20% στον τελικό βαθμό του μαθήματος εφ' όσων έχει υπάρξει παρακολούθηση όλων των εργαστηριακών ασκήσεων. Το εργαστήριο δεν είναι υποχρεωτικό στην κατοχύρωση του μαθήματος. Γραπτές εξετάσεις: Συμβάλλουν κατά 80% στον τελικό βαθμό του μαθήματος. Ασκήσεις: Οι ασκήσεις/εργασίες δεν είναι υποχρεωτικές. Οι ασκήσεις λαμβάνονται υπόψιν αποκλειστικά για το τρέχον ακαδημαϊκό έτος και συνεισφέρουν ένα 10% επιπρόσθετα στο βαθμό του μαθήματος (εάν αυτός είναι μεγαλύτερος του πέντε) όταν έχουν παραδοθεί όλες επιτυχώς, σε άλλη περίπτωση το ποσοστό αυτό μειώνεται ανάλογα με τις επιτυχείς απαντήσεις. Εισαγωγή 4 2

Βιβλιογραφία Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα R. Rabaey A. Chandrakasan B. Nikolic Εκδόσεις: Κλειδάριθμος, 2006. Σχεδίαση Ολοκληρωμένων Συστημάτων CMOS VLSI N. Weste D. Harris Εκδόσεις: Παπασωτηρίου, 2011 Ανάλυση & Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων CMOS S. Kang Y. Leblebici Εκδόσεις: Τζιόλα, 2007 Application Specific Integrated Circuits M. John S. Smith Εκδόσεις: Addison Wesley Εισαγωγή 5 Μαθήματα Υλικού στο Τμήμα Αρχιτεκτονική Υπολογιστών I Αρχιτεκτονική Υπολογιστών II Σχεδίαση Ψηφιακών Δοκιμή ή& & Αξιοπιστία Συστημάτων Ηλεκτρονικών Συστημάτων Ψηφιακή Σχεδίαση II Ψηφιακή Σχεδίαση I Τεχνικές Σχεδίασης Κυκλωμάτων CMOS Βασικές Αρχές Κυκλωμάτων Ηλεκτρονική ΚυκλώματαVLSI Εισαγωγή 6 3

Βέλτιστη Επιλογή Παρακολούθησης Ψηφιακή Σχεδίαση I Βασικές Αρχές Κυκλωμάτων Ηλεκτρονική Προπτυχιακός Κύκλος Ψηφιακή Σχεδίαση ΙΙ Αρχιτεκτονική Υπολογιστών I Κυκλώματα VLSI Δοκιμή & Αξιοπιστία Ηλεκτρονικών Συστημάτων Αρχιτεκτονική Υπολογιστών IΙ Τεχνικές Σχεδίασης Κυκλωμάτων CMOS Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων Μεταπτυχιακός Κύκλος Εισαγωγή 7 Εργαστήριο Ηλεκτρονικής Εισαγωγή 8 4

Εργαστηριακός Εξοπλισμός Εισαγωγή 9 Ολοκληρωμένο Κύκλωμα 1966 Πηγή: Motorola Ένα Ολοκληρωμένο Κύκλωμα αποτελείται από πολλαπλά κυκλωματικά στοιχεία (τρανζίστορ, δίοδοι, αντιστάσεις κ.τ.λ.) τα οποία μαζί με τις διασυνδέσεις τους έχουν κατασκευαστεί σε ένα και μόνο κοινό υπόστρωμα. 2012 Εισαγωγή 10 5

Κυκλώματα VLSI Μικρής κλίμακας ολοκλήρωση (SSI): 10 τρανζίστορ Μεσαίας κλίμακας ολοκλήρωση (MSI): 10 2 τρανζίστορ Υψηλής κλίμακας ολοκλήρωση (LSI): 10 3 τρανζίστορ Πολύ υψηλής κλίμακας ολοκλήρωση (VLSI): 10 4 τρανζίστορ... 10 9 τρανζίστορ 2004 2011 Διαστάσεις die (mm) 25 x 32 22 x 26 Επιφάνεια die (mm 2 ) 800 572 Τεχνολογία (nm) 130 32 # NAND πυλών / die 158.000.000 1.862.000.000 DRAM κυψελίδες / die 6Gb 70Gb Εισαγωγή 11 Η Εξέλιξη (I) Cray 1: Ο ταχύτερος υπολογιστής 1976 1982 64ΜΒ μνήμη 40ΚΒ καταχωρητές ~ 1εκατ. πύλες NAND 80MHz ρολόι 115KW κατανάλωση ισχύος! Σε μια τεχνολογία στα 130nm: 64ΜΒ μνήμη 17mm 2 40KB καταχωρητές 0.26mm 2 1 εκατ. πύλες NAND 8.5mm 2 μπορούν να παραδοθούν σε ένα 5mm x5mm ολοκληρωμένο, με ρολόι στα 3GHz και κάποια mw κατανάλωση ισχύος. Πηγή:Stanford Εισαγωγή 12 6

Η Εξέλιξη (II) Pixel Array Memory Logic Πηγή:Texas Instruments / Chipworks Εισαγωγή 13 Τεχνολογία: 1.5μm 1992 Η Εξέλιξη (III) Τεχνολογία: 32nm 2011 Τρανζίστορ 1.5μm Τρανζίστορ 80386 16b 16MHz, 1.1μm BiCMOS 275Κ Xtors 32nm Xeon E7 8870 2.4 GHz CMOS 32nm 5B Xtors 10 cores 30MB L3 Intel Εισαγωγή Max memory size 4096 GB 14 7

Η Εξέλιξη (IV) Opteron 8300 4 core 65nm Opteron 6200 16 core 45nm AMD Εισαγωγή 15 Η Εξέλιξη (V) Planar MOS FET 45nm Fin FET Εισαγωγή 16 8

Η Εξέλιξη (VI) Supercomputer vs Game Console! IEEE Spectrum - 2011 Εισαγωγή 17 Κλιμάκωση της Τεχνολογίας M6 M5 M4 Cu M3 M2 Low k M1 Metal Gate Nanometer Technology Εισαγωγή 18 9

Ο Νόμος του Moore Ο δυνάμει αριθμός των τρανζίστορ σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα διπλασιάζεται κάθε 24 μήνες περίπου! Εισαγωγή 19 Επιφάνεια Πυριτίου ανά Die 100 Die size (mm) 10 P6 486 Pentium proc 8080 8086 286386 8085 8008 4004 ~7% ανάπτυξη / χρόνο ~2X ανάπτυξη σε 10 χρόνια 1 1970 1980 1990 2000 2010 Year Πηγή:Intel Εισαγωγή 20 10

Συχνότητα Frequency (Mhz) 10000 1000 100 10 1 0.1 2x ανά 2 χρόνια P6 Pentium proc 486 8085 386 8086 286 8080 8008 4004 1970 1980 1990 2000 2010 Year Πηγή:Intel Εισαγωγή 21 Κατανάλωση Ισχύος 100 P6 Pentium proc Power (Watts) 10 1 8085 8080 8008 4004 8086 286 386 486 0.1 1971 1974 1978 1985 1992 2000 Year Πηγή:Intel Εισαγωγή 22 11

Πυκνότητα Ισχύος Power Density (W/cm m2) 10000 1000 100 Rocket Nozzle Nuclear Reactor 10 4004 8086 Hot Plate P6 8008 8085 386 Pentium proc 8080 286 486 1 1970 1980 1990 2000 2010 Year Εισαγωγή 23 Εξέλιξη και Παραγωγικότητα 10,000,000 10,000 100,000,000 1,000,000 1,000 Logic Tr./Chip Tr./Staff Month. 10,000,000 000 100,000 100 1,000,000 10,000 10 58%/Yr. compounded Complexity growth rate 100,000 1,0001 10,000 x x 100 0.1 x x 21%/Yr. compound 1,0001 x x x x Productivity growth rate 0.01 10 100 0.1 Complexity Logic Transistor per Ch hip (M) 0.001 1 10 0.01 1981 1983 Productivity (K) Trans./Staff - Mo. 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 Πηγή: Sematech Εισαγωγή 24 12

Κλιμάκωση Τεχνολογίας Η τεχνολογία κλιμακώνεται κατά ένα παράγοντα 0.7/γενιά Σε κάθε γενιά μπορούμε να ολοκληρώσουμε 2x περισσότερες λειτουργίες / chip. Το κόστος του chip δεν αυξάνει σημαντικά Το κόστος μιας λειτουργίας μειώνεται κατά 2x Αλλά Πως θα σχεδιαστούν chips μεπερισσότερες ρ λειτουργίες; Ο πληθυσμός των σχεδιαστών δεν διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια Συνεπώς, χρειάζονται πιο αποδοτικές σχεδιαστικές μέθοδοι και εργαλεία! Εισαγωγή 25 System on a Chip (SoC) 130 nm CMOS edram ROM 32 nm CMOS ROM Analogue DSP BIST µc? edram eflash esram RF Εισαγωγή 26 13

Θέματα στη Σχεδίαση SoC Εφαρμογών System Design Aspects Physical Design Aspects Embedded Memory crosstalk noise IP (reusable core) reusability standardization H/S codesign clock synchronization clock skew Supply Network low-power/voltage noise decoupling electromigration dc-dc conversion dual threshold triple-well SOI Supply Pads EMC noise electromigration Embedded Software H/S codesign flexibility Analog Functions analog interface substrait noise Data Storage single/multi port high h performance Glue Logic Clock Domains Global Bus protocol bandwidth signal propagation crosstalk Clock Network clock gating clock domains phase synchronisation clock skew clock tree synthesis optimal flip flops Local buses high speed I/O pads EMC bandwidth standard interfaces di/dt noise Εισαγωγή 27 Ολοκλήρωση Τεχνολογιών σε Chip 3D Chips Ολοκλήρωση τεχνολογιών με βάση τη CMOS διαδικασία κατασκευής Εισαγωγή 28 14

Σχεδιαστικά Επίπεδα Επιτακτική ανάγκη για: Επίπεδα αφαιρετικής περιγραφής Ιεραρχικό σχεδιασμό Ανακύκλωση σχεδιασμών Αυτοματισμό Αφαιρετική Περιγραφή Προδιαγραφές Αρχιτεκτονική Μοντέλο Λειτουργίας Λογική Κύκλωµα Συγκεκριμένη Περιγραφή Φυσικός Σχεδιασµός Εισαγωγή 29 Επίπεδα Αφαίρεσης Μαθήματα Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΣΥΣΤΗΜΑ + Ψηφιακή Σχεδίαση ΙΙ ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑ Ψηφιακή Σχεδίαση Ι ΠΥΛΗ ΚΥΚΛΩΜΑ Κυκλώματα VLSI ΚΥΚΛΩΜΑΤΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ S G D p n n Ηλεκτρονική Εισαγωγή 30 15

Σχεδίαση Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Πελάτης ιαµοιρασµός Υλικού / Λογισµικού Σχεδίαση για Έλεγχο Ορθής Λειτουργίας Πιστοποίηση Σχεδίασης Λειτουργία Χρονισµός Έλεγχος Λειτουργίας IC Κατασκευή Προδιαγραφές Αρχιτεκτονική Σχεδιασµός Συµπεριφοράς RTL Σχεδιασµός µ RTL Σύνθεση Προσαρµοσµ. Σχεδιασµός Τοποθέτηση & ιασύνδεση Υπολογισµός Παρασιτικών Πιστοποίηση Φυσικού Σχεδιασµού Πελάτης Επαναχρησι- µοποιήσιµα Στοιχεία Χωροταξική ιάταξη Αναλογικός / RF Σχεδιασµός Πηγή:ITRS 1997 Εισαγωγή 31 Integrated Circuit Design Customer Hardware / Software Partitioning Design For Testability Design Verification Functionality Timing Chip Test Fabrication Specifications Architecture Behavioural Design RTL Design RTL Synthesis Custom Design Placement & Routing Parasitic Extraction Layout Verification Customer Module Reuse Floorplanning Analog / RF Design Πηγή:ITRS 1997 Εισαγωγή 32 16

Πλήρως Προσαρμοσμένος Σχεδιασμός (Ι) Full Custom Design Βέλτιστος σχεδιασμός Μεγάλος φόρτος εργασίας Schematic Τοπολογία Κυκλώματος Σχεδίαση Τρανζίστορ Προσομοίωση Layout Φυσικός Σχεδιασμός Design Rule Checking Layout vs Schematic DRC LVS Υπολογισμός Παρασιτικών Προσομοίωση Εισαγωγή 33 Πλήρως Προσαρμοσμένος Σχεδιασμός (ΙΙ) Σχηματικό / Προσομοίωση Κυκλωματική σχεδίαση σε επίπεδο τρανζίστορ, πυλών και υποκυκλωμάτων Ιεραρχική σχεδίαση (υποκυκλώματα μπορούν να αποτελούν μέρη άλλων υποκυκλωμάτων) Εδ Ειδικά προγράμματα παράγουν από το σχηματικό περιγραφές κατάλληλες για προσομοίωση (netlists) Schematic Εισαγωγή 34 17

Πλήρως Προσαρμοσμένος Σχεδιασμός (ΙΙΙ) Φυσικός Σχεδιασμός Σχεδίαση και τοποθέτηση των τρανζίστορ του σχηματικού Ελαχιστοποίηση της απαιτούμενης επιφάνειας Διασύνδεση τρανζίστορ Layout Εισαγωγή 35 Πλήρως Προσαρμοσμένος Σχεδιασμός (ΙV) Έλεγχος Εφαρμογής των Κανόνων Σχεδίασης (Design Rule Checking DRC) Κάθε εργοστάσιο έχει τους δικούς του κανόνες για τις αποστάσεις μεταξύ των πολυγώνων σε ένα φυσικό σχεδιασμό Έλεγχος πλατών, αποστάσεων, επικάλυψης κ.τ.λ. Layout Εισαγωγή 36 18

Πλήρως Προσαρμοσμένος Σχεδιασμός (V) Σύγκριση Φυσικού Σχεδίου με το Σχηματικό (Layout vs Schematic LVS) Πύλη NOR Εξαγωγή κατάλληλης περιγραφής (netlist) απότοφυσικόσχέδιο Σύγκριση των περιγραφών του φυσικού σχεδιασμού και του σχηματικού Επισήμανση πιθανών διαφορών ως λάθη Schematic Layout Εισαγωγή 37 Πλήρως Προσαρμοσμένος Σχεδιασμός (VΙ) Υπολογισμός Παρασιτικών Υπολογισμός παρασιτικών χωρητικοτήτων αυτεπαγωγών ανάμεσα σε διάφορες δομές του σχεδίου Υπολογισμός αντιστάσεων των γραμμών διασύνδεσης Παραγωγή κατάλληλης περιγραφής (netlist) για προσομοίωση M2 M1 M1 Substrate Εισαγωγή 38 19

Σχεδιασμός ASIC Κυκλωμάτων (Ι) Application Specific Integrated Circuit (ASIC) Design Προδιαγραφές Ανεξάρτητες ομάδες σχεδίασης και πιστοποίησης Ημιαυτόματος φυσικός σχεδιασμός Επίπονη διαδικασία επίτευξης επιθυμητής συχνότητας λειτουργίας Περιγραφή Λειτουργίας Testbench RTL Πιστοποίηση Λειτουργίας Σύνθεση Χρονισμοί Τοποθέτηση Διασύνδεση Προσομοίωση Υπολογισμός Παρασιτικών DRC LVS Εισαγωγή 39 Σχεδιασμός ASIC Κυκλωμάτων (ΙΙ) RTL Περιγραφή Περιγραφή ργρ κυκλώματος σε επίπεδο καταχωρητών (Register Transfer Level) Χρήση γλωσσών περιγραφής κυκλωμάτων Περιγραφή Λειτουργίας RTL Εργοστασιακή Βιβλιοθήκη Σύνθεση Από τη λειτουργική περιγραφή ργρ του κυκλώματος παράγουμε το λογικό του σχέδιο Στόχος η ελαχιστοποίηση των καθυστερήσεων διάδοσης σήματος και της απαιτούμενης επιφάνειας πυριτίου Σύνθεση Χρονική Ανάλυση Περιγραφή σε Επίπεδο Πυλών Εισαγωγή 40 20

Σχεδιασμός ASIC Κυκλωμάτων (ΙIΙ) Ι) Τοποθέτηση & Διασύνδεση Χρήση προσχεδιασμένων φυσικών σχεδιασμών πυλών και άλλων τυποποιημένων κυττάρων (standard cells). Τοποθέτηση (placement) και διάταξη των τυποποιημένων κυττάρων σε συστοιχίες με στόχο την ελαχιστοποίηση των γραμμών διασύνδεσης. Διασύνδεση (routing) των τυποποιημένων κυττάρων. Εισαγωγή 41 Σχεδιασμός Συστήματος σε Ολοκληρωμένο System on a Chip (SoC) Design Αγορά ASIC (Intellectual Property IP) από κατάλληλοπρομηθευτή: λ Soft IP : RTL περιγραφές Υπολείπεται η σύνθεση, τοποθέτηση και διασύνδεση Hard IP : Έτοιμος Φυσικός σχεδιασμός Προδιαγραφές Αρχιτεκτονική Αγορά των ASIC Soft IP Σύνθεση Αυτόματη Εξαγωγή Φυσικού Σχεδιασμού Hard IP Εισαγωγή 42 21

Συναρμολόγηση και Κατασκευή Χωροταξική διάταξη (floor planning) και ολοκλήρωση των διαφόρων μονάδων που σχεδιάστηκαν σε προηγούμενα στάδια. Διασύνδεση. Μεταφορά του σχεδιασμού στο εργοστάσιο για κατασκευή. Έλεγχος ορθής λειτουργίας. Εισαγωγή 43 Κατασκευή Chip Wafer (300mm 12'') Die Πηγή:AMD Εισαγωγή 44 22

Ανακεφαλαίωση System S/W CELLS Analogue Power BASIC CMOS BIPOLAR USER S INTERFACE APPLICATIONS Soft IP Soft IP Soft IP COMPILERS Hard IP Hard IP Hard IP CELL LIBRARIES Analogue Memory Power RF SUB MICRON CMOS Εισαγωγή 45 Σχεδιαστικοί Παράγοντες Παράγοντες αξιολόγησης ενός σχεδιασμού: Κόστος Αξιοπιστία Δυνατότητα κλιμάκωσης Ταχύτητα (καθυστερήσεις, συχνότητα λειτουργίας) Κατανάλωση ισχύος Απαιτούμενη ενέργεια για την εκτέλεση μιας λειτουργίας Επαναχρησιμότητα Εισαγωγή 46 23

Κόστος των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Μη περιοδικό κόστος (NRE cost) χρόνος σχεδίασης και δυναμικό κατασκευή μασκών Περιοδικό κόστος κατασκευή, συσκευασία, έλεγχος λειτουργίας ανάλογα του αριθμού των ολοκληρωμένων λ ανάλογα της επιφάνειας πυριτίου Εισαγωγή 47 Κόστος των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Πηγή:Semico Research Corp. Οικονομικά και τεχνολογικά όρια ολοκλήρωσης Εισαγωγή 48 24

Κόστος ανά Τρανζίστορ cost: -per-transistor 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 0.000001 Κόστος κατασκευής ανά τρανζίστορ 0.0000001 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009 2012 Εισαγωγή 49 25