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Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 1 Tecnologie Implementative.

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Presentazione sul tema: "Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 1 Tecnologie Implementative."— Transcript della presentazione:

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2 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 1 Tecnologie Implementative su gentile concessione di Andrea Neviani

3 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 2 Come è fatto un sistema digitale? SchedaCircuito integrato VLSI Sistema digitale

4 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 3 Come si realizza un sistema digitale? Componenti a catalogo  C,  P, DSP,... Componenti programmabili FPGA, CPLD PROM, PAL, PLA ASIC (Application Specific Integrated Circuit) Celle Standard Full-custom Gate Arrays

5 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 4

6 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 5

7 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 6 Programmable Logic Array (PLA)

8 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 7 Programmed PLA

9 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 8 Programmable Array Logic (PAL)

10 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 9

11 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 10 Come si realizza un sistema digitale? Componenti a catalogo  C,  P, DSP,... Componenti programmabili FPGA, CPLD PROM, PAL, PLA ASIC (Application Specific Integrated Circuit) Celle Standard Full-custom Gate Arrays

12 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 11 Tecnologie per realizzare un ASIC

13 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 12 Approccio Full-Custom - 1/2 Sintesi logica manuale –da specifiche funzionali a rete di porte logiche –mappe di Karnaugh, metodo Quine-McKluskey, modelli di Mealy e Moore per macchine a stati Sintesi circuitale manuale –da rete di porte logiche a rete di transistor –regole per la costruzione di circuiti statici (FCMOS, pass- transistor …) e dinamici (np-CMOS, NORA, TSPC) Realizzazione del layout manuale –da rete di transitor a mappa delle maschere

14 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 13 Approccio Full-Custom - 2/2 Vantaggi –prestazioni ottimizzate (velocità, consumi) –uso di area minimizzato Svantaggi –tempi di progetto lunghi –impraticabile per circuiti molto complessi –possibilità di riuso ridotte  Limitato ai blocchi critici di un sistema digitale

15 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 14 Tecnologie per realizzare un ASIC

16 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 15 Approccio Semi-Custom, Cell-Based Celle standard e macrocelle –libreria di celle elementari pre- progettate e caratterizzate (celle standard) o celle complesse (macrocelle) –circuito realizzato interconnettendo celle prese dalla libreria –sintesi logica e layout realizzati con strumenti semi-automatici

17 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 16 Esempio di cella standard Layout con altezza, VDD e GND uguale per tutte le celle modello delle prestazioni dinamiche: t p =t po +K·C L

18 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 17 Esempio di cell-based ASIC 1/2 1) standard-cell block 2) high-performance, full- custom block 3) Intellectual Property (IP) block 4) SRAM core 5)  P core

19 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 18 Esempio di cell-based ASIC 2/2

20 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 19 Approccio Semi-Custom, Gate-Array riga di celle canale per interconn. cella vergine cella programmata

21 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 20 Varianti di Gate-Arrays Sea-of-gates (SOG)Embedded SOG

22 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 21 Confronto Celle Standard - Gate Array Celle Standard prestazioni ottimizzate a livello di cella sfruttamento completo delle risorse strumenti automatici per la progettazione  fase di sviluppo veloce  sviluppo della libreria costoso  processo di fabbricazione completo (come full-custom) Gate Array matrice di celle uguale per tutti  costo suddiviso tra tutti i clienti processo di fabbricazione ridotto (solo METAL) strumenti automatici per la progettazione  fase di sviluppo veloce  utilizzo incompleto delle celle  prestazioni sub-ottime

23 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 22 Come si realizza un sistema digitale? Componenti a catalogo  C,  P, DSP,... Componenti programmabili FPGA, CPLD PROM, PAL, PLA ASIC (Application Specific Integrated Circuit) Celle Standard Full-custom Gate Arrays

24 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 23 Circuiti logici programmabili (PLD e FPGA) Concetto base: –insieme di celle e interconnessioni riconfigurabili via software –funzione logica svolta da ciascuna cella e collegamenti tra i terminali delle celle determinati commutando interruttori programmabili Interruttori programmabili (Programming Technology): –a fusibili (programmabili una volta sola) –MOSFET con memorie non volatili (EPROM, EEPROM, FLASH) –MOSFET con memorie SRAM

25 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 24 Esempio di FPGA - 1/2

26 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 25 Esempio di FPGA - 2/2 funzioni arbitrarie fino a 4 variabili

27 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 26 Pro e contro di PLD/FPGA si compra il componente finito e lo si programma sul campo, senza ulteriori passi di fabbricazione progettazione assistita da strumenti semi-automatici come per celle standard e gate array terminato il progetto, la programmazione del componente richiede pochi secondi il componente può essere riprogrammato (tranne nel caso di interruttori a fusibili)  utilizzo incompleto di celle e interconnessioni  prestazioni ridotte rispetto ai potenziali della tecnologia  costi non competitivi per grandi numeri (20,000 ÷ 50,000 pezzi)

28 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 27 Quale tecnologia scegliere? Cell-Based Gate Arrays FPGA/CPLD prestazioni robustezza rapidità di sviluppo riconfigurabilità costi: dipendono dal volume di produzione richiesto bassi volumi: FPGA/CPLD alti volumi: Cell-Based

29 Università di Padova Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Progettazione di Circuiti Integrati Digitali Semi-Custom 28 Confronto dei costi


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