1 Circuitos vlsi (4º curso) TEMA 2. METODOLOGÍAS DE DISEÑO Dr. José Fco. López Desp. 307, Pab. A [email protected] circuitos vlsi

2 Circuitos vlsi (4º curso) Índice Introducción Metodologías de diseño Diseño personalizado Diseño semipersonalizado

3 Circuitos vlsi (4º curso) Introducción Diseñar un circuito con varios millones de transistores y garantizar que funcione correctamente cuando se disponga de silicio es una tarea enormemente complicada que resulta prácticamente imposible sin la ayuda de herramientas informáticas y metodologías de diseño bien definidas. Intel Pentium IV 42 millones de ttores Intel 4004 2250 ttores

4 Circuitos vlsi (4º curso) Introducción Diseñar un circuito con varios millones de transistores y garantizar que funcione correctamente cuando se disponga de silicio es una tarea enormemente complicada que resulta prácticamente imposible sin la ayuda de herramientas informáticas y metodologías de diseño bien definidas. A menudo se sugiere que los avances de la tecnología van a un ritmo más rápido que lo que la comunidad de diseñadores puede absorber.

5 Circuitos vlsi (4º curso) Fuente: Sematech 1997 Complejidad del diseño Vs productividad del diseño Introducción

6 Circuitos vlsi (4º curso) Diseñar un circuito con varios millones de transistores y garantizar que funcione correctamente cuando se disponga de silicio es una tarea enormemente complicada que resulta prácticamente imposible sin la ayuda de herramientas informáticas y metodologías de diseño bien definidas. A menudo se sugiere que los avances de la tecnología van a un ritmo más rápido que lo que la comunidad de diseñadores puede absorber. Aproximadamente una vez por década podemos asistir a la introducción de una nueva metodología de diseño que provoca un salto en la productividad del diseño, ayudando temporalmente a reducir la separación: diseño personalizado, PLA, células estándar, macroceldas, compiladores de módulo, matrices de puertas, hardware reconfigurable… Introducción

7 Circuitos vlsi (4º curso) Metodologías de diseño Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs

8 Circuitos vlsi (4º curso) Intel Pentium IV 42 millones de ttores Intel 4004 2250 ttores PERSONALIZADO SEMIPERSONALIZADO Metodologías de diseño

9 Circuitos vlsi (4º curso) Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar macroceldas Matrices de puertas FPGAs Cuando las prestaciones o la densidad del diseño tienen una importancia crucial, la única opción factible parece ser la de realizar a mano la topología y diseño físico del circuito. Este enfoque era la única opción existente en las primeros días de la microelectrónica digital. Metodologías de diseño

10 Circuitos vlsi (4º curso) Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs Cuanto más corto sea el tiempo de diseño, mayor es el coste que hay que pagar en densidad de integración o prestaciones Metodologías de diseño

11 Circuitos vlsi (4º curso) Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs Cuanto más corto sea el tiempo de diseño, mayor es el coste que hay que pagar en densidad de integración o prestaciones Metodologías de diseño

12 Circuitos vlsi (4º curso) Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs Metodologías de diseño

13 Circuitos vlsi (4º curso) Módulo funcional (RAM, sumador, multiplicador…) Celda lógica Celda de paso Canal de interconexión Metodologías de diseño

14 Circuitos vlsi (4º curso) Metodologías de diseño

15 Circuitos vlsi (4º curso) Metodologías de diseño

16 Circuitos vlsi (4º curso) Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs Metodologías de diseño

17 Circuitos vlsi (4º curso) 256  32 SRAM Metodologías de diseño

18 Circuitos vlsi (4º curso) Multiplicador 8  8 Metodologías de diseño

19 Circuitos vlsi (4º curso) Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs Metodologías de diseño

20 Circuitos vlsi (4º curso) Ejemplo de matriz de puertas Celda primitiva de matriz de puertas Celda programada implementando una NOR de 4 entradas Metodologías de diseño

21 Circuitos vlsi (4º curso) Matriz de puertas Metodologías de diseño

22 Circuitos vlsi (4º curso) Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs Metodologías de diseño

23 Circuitos vlsi (4º curso) antifuse polysiliconONO dielectric n + antifuse diffusion 2 l FPGA de una única escritura o basada en elementos fusibles FPGA no volátil FPGA volátil o basada en RAM Metodologías de diseño

24 Circuitos vlsi (4º curso) Metodologías de diseño

25 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Diseñar un circuito con varios millones de transistores y garantizar que funcione correctamente cuando se disponga de silicio es una tarea enormemente complicada que resulta prácticamente imposible sin la ayuda de herramientas informáticas y metodologías de diseño bien definidas. Intel Pentium IV 42 millones de ttores Intel 4004 2250 ttores

26 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Diseñar un circuito con varios millones de transistores y garantizar que funcione correctamente cuando se disponga de silicio es una tarea enormemente complicada que resulta prácticamente imposible sin la ayuda de herramientas informáticas y metodologías de diseño bien definidas. A menudo se sugiere que los avances de la tecnología van a un ritmo más rápido que lo que la comunidad de diseñadores puede absorber.

27 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Fuente: Sematech 1997 Complejidad del diseño Vs productividad del diseño

28 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Diseñar un circuito con varios millones de transistores y garantizar que funcione correctamente cuando se disponga de silicio es una tarea enormemente complicada que resulta prácticamente imposible sin la ayuda de herramientas informáticas y metodologías de diseño bien definidas. A menudo se sugiere que los avances de la tecnología van a un ritmo más rápido que lo que la comunidad de diseñadores puede absorber. Aproximadamente una vez por década podemos asistir a la introducción de una nueva metodología de diseño que provoca un salto en la productividad del diseño, ayudando temporalmente a reducir la separación: diseño personalizado, PLA, células estándar, macroceldas, compiladores de módulo, matrices de puertas, hardware reconfigurable…

29 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs

30 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Intel Pentium IV 42 millones de ttores Intel 4004 2250 ttores PERSONALIZADO SEMIPERSONALIZADO

31 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar macroceldas Matrices de puertas FPGAs Cuando las prestaciones o la densidad del diseño tienen una importancia crucial, la única opción factible parece ser la de realizar a mano la topología y diseño físico del circuito. Este enfoque era la única opción existente en las primeros días de la microelectrónica digital.

32 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs Cuanto más corto sea el tiempo de diseño, mayor es el coste que hay que pagar en densidad de integración o prestaciones

33 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs Cuanto más corto sea el tiempo de diseño, mayor es el coste que hay que pagar en densidad de integración o prestaciones

34 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs

35 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Módulo funcional (RAM, sumador, multiplicador…) Celda lógica Celda de paso Canal de interconexión

36 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales

37 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales

38 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs

39 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales 256  32 SRAM

40 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Multiplicador 8  8

41 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs

42 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Ejemplo de matriz de puertas Celda primitiva de matriz de puertas Celda programada implementando una NOR de 4 entradas

43 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Matriz de puertas

44 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales Métodos e implementación de circuitos digitales PersonalizadoSemipersonalizado Basado en CeldasBasado en matrices Celdas estándar Macroceldas Matrices de puertas FPGAs

45 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales antifuse polysiliconONO dielectric n + antifuse diffusion 2 l FPGA de una única escritura o basada en elementos fusibles FPGA no volátil FPGA volátil o basada en RAM

46 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales

47 Circuitos vlsi (4º curso) Estrategias de implementación para circuitos digitales