Diseño de Circuitos de Aplicación Específica

Circuitos Integrados de Aplicación Específica

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Principios Generales

Metodologías de diseño

The Design Productivity Challenge

10,000,000 Logic Transistors/Chip .10m

1,000,000 Transistor/Staff Month 100,000 58%/Yr. compound Complexity growth rate .35m

10,000 1,000 X 100 X x X X X X 2.5m

10 21%/Yr. compound 1 Productivity growth rate Logic Transistors per Chip (K) 100,000,000 10,000,000 1,000,000 100,000 10,000 1,000 100 10 Productivity (Trans./Staff 1981 1989 1993 1999 2005

A growing gap between design complexity and design productivity

Source: sematech97 Diseño de Circuitos de Aplicación Específica Metodologías de diseño

A Simple Processor

Red de interconexiones

MEMORY CONTROL Diseño de Circuitos de Aplicación Específica Metodologías de diseño

A System-on-a-Chip: Example

Diseño de Circuitos de Aplicación Específica

Courtesy: Philips

Metodologías de diseño

Impact of Implementation Choices

100-1000 10-100 1-10 None Somewhat flexible Diseño de Circuitos de Aplicación Específica 0.1-1 Fully flexible Flexibility (or application scope) Metodologías de diseño

Design Methodology

• Design process traverses iteratively between three abstractions: behavior, structure, and geometry • More and more automation for each of these steps Diseño: traducción iterativa entre diferentes niveles de representación en todos los niveles de abstracción Diseño de Circuitos de Aplicación Específica Metodologías de diseño

Estrategias de diseño

 Viabilidad económica     Prestaciones Tamaño Tiempo de diseño Testabilidad  Diseño estructurado     Jerarquía Regularidad Modularidad Localidad Metodologías de diseño Diseño de Circuitos de Aplicación Específica

Hierarchy

 Divide and conquer – compose system from simpler widgets  Analogy with software – break large programs into threads and subroutines  Hierarchy can be there in all domains – behavior, structural, physical  The hierarchy in different domains may not correspond – e.g. a structural hierarchy may not map well to physical Metodologías de diseño Diseño de Circuitos de Aplicación Específica

Example of Structural Hierarchy

Diseño de Circuitos de Aplicación Específica Metodologías de diseño

Example of Physical Hierarchy

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Example of Structural Hierarchy

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Example of Physical Hierarchy

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Repartitioning Structural Hierarchy to Fit Physical Hierarchy

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Regularity

 Hierarchy breaks a system into submodules – but this may not solve the complexity problem – there may not be any regularity in the subdivision » we just end up with a large # of different submodules  Regularity as a guide – subdivide into a set of similar building blocks » e.g. RAM composed of identical cells  Regularity means that the hierarchical decomposition of a large system should result in not only simple, but also similar blocks, as much as possible Diseño de Circuitos de Aplicación Específica Metodologías de diseño

Regularity (contd.)

 Regularity can be at all levels – circuit: use identically sized transistors – gate: similar gate structures – higher level: architectures with identical processors  Regularity helps in many ways – correct by construction – reuse of design – simplify verification of correctness Metodologías de diseño Diseño de Circuitos de Aplicación Específica

Circuit-level Regularity Example

Diseño de Circuitos de Aplicación Específica    A 2-1 Mux D-type edge triggered flipflop One-bit full add All designed using inverter and tristate buffer Metodologías de diseño

Modularity

  Condition that submodules have “well defined” functions and interfaces – in addition to regularity and hierarchy ‘Well-formed” modules allow their interaction with others to be “well-characterized”  Depends on the situation – e.g. in s/w a subroutine has a well-defined interface » argument list with typed variables – e.g. in IC a well-defined physical, structural, and behavioral interface » pin position, layer, size, signal type, electrical characteristics, logic function Diseño de Circuitos de Aplicación Específica Metodologías de diseño

Why Modularity?

 Allows the design of system to be broken up with confidence that the system will work as specified when the parts are combined  Allows team design by a number of designers  Examples: – bad use: use of transmission gates as inputs » internal signals now depend on source impedance – bad use: use dynamic CMOS logic but fail to latch or register the inputs » timing of each module will have to be checked Metodologías de diseño Diseño de Circuitos de Aplicación Específica

Example of Poor Modularity

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

Locality

Modularity provided “well-characterized” interfaces – internals of modules unimportant to exterior interface  internal details remain at the local level – a form of “information hiding”  reduces apparent complexity of the module  Locality ensures that connections are between neighboring modules, avoiding long-distance connections – Example: timing locality so that time critical operations are local  clock generation and distribution network  entire clock cycle for global signals to traverse chip  placement so that global wiring is minimized – Analogy with software  global variables are to be avoided Metodologías de diseño Diseño de Circuitos de Aplicación Específica

Parallels between H/W & S/W Design

 Strong parallels in the way VLSIs are designed and the way complex software is  HDLs used to describe hardware systems in essence merge these two disciplines – software methods used to define hardware  Hardware-software Co-design  But, can’t ignore hardware aspects entirely – important since a physical chip is the end product Metodologías de diseño Diseño de Circuitos de Aplicación Específica