Microelectrónica. Evolución de la tecnología

Transcripción

1 Microelectrónica Tema 5: Metodologías de Diseño Evolución de la tecnología l En 1965 Gordon E. Moore, cofundador de Intel enunció la que seconoce como Ley de Moore. l Ley de Moore: el nº de transistores por chip se duplica cada dos años. l Se trata de una ley empírica, pero no ha dejado de cumplirse desde entonces. l Se pueden hacer enunciados similares para: Frecuencia de reloj Capacidad de las memorias. Prestaciones. Tamaño de las programas. 1

2 Ley de Moore Media 2X cada 1,96 años Transistores (MT) Pentium proc Cortesía de Intel Año SoC: Sistemas en chip l En la actualidad es posible integrar sistemas completos en un chip: Microprocesador, DSP. Memoria. Controladores de bus (memoria, PCI, USB,...) E/S (paralelo, Ethernet, RocketIO...) Sensores y electrónica de acondicionamiento. Etc. l Es lo que se conoce como SoC: System on Chip. 2

3 Ejemplo SoC Microprocesador HW SW Memoria incorporada ASIC Circuitos analógicos DSP Sensores Electrónica de alta velocidad Interfaz de red Complejidad l La tecnología actual permite la fabricación de sistemas muy complejos. l La tendencia es que la complejidad aumente aún más. l Desgraciadamente no ocurre lo mismo con la productividad de los diseñadores. l Según aumenta la complejidad el coste de desarrollo se dispara. 3

4 Productividad 10, ,000 Complejidad (M) Transistores lógicos por chip 1, Tr./Chip Tr./hombre mes x x x x x x x x Tasa de crecimiento de la complejidad del 58% anual Tasa de crecimiento de la productividad del 21% anual Cortesía de ITRS 10,000 1, Productividad (K) Trans./hombre - mes Tiempo de desarrollo lcon la productividad de 1981, un equipo de 1000 personas habría tardado más de 35 años en desarrollar un Pentium5 (42MT). len la actualidad la mayoría de los circuitos quedan obsoletos en menos de dos años. lsi un nuevo desarrollo no sale el primero al mercado es posible que nunca resulte rentable. 4

5 Coste de diseño lel aumento de complejidad también afecta al coste de desarrollo. Con parámetros relativamente actuales: Productividad de puertas/hombre-año. Salario típico de $ Un sistema de 12 millones de puertas supondría: l 800 diseñadores durante un año. l $120 millones de coste. Desafíos del diseño l Tecnológicos: Sistemas más complejos. Mayor densidad de integración. Mejores prestaciones. Menor consumo. l Comerciales: Ciclos de desarrollo cada vez más cortos. 5

6 Diseño multidisplinar l Antes lo habitual era que en cada chip se emplease una sola tecnología. l Con los SoC esto ha cambiado: incorporan lógica, circuitos analógicos, memoria... l También se incorporan bloques de tecnología avanzada: FPGA, memoria Flash, RF/microondas. l O más allá de la Electrónica: MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), optoelectrónica. Cómo enfrentar la complejidad? l Nuevas y más potentes metodologías de diseño. l Uso de abstracciones de más alto nivel. l Automatización del mayor número de tareas posible con herramientas avanzadas. l Arquitecturas avanzadas basadas en la modularidad. l Reutilización extensiva de los diseños. 6

7 Captura y simulación l El modelo detallado es capturado en un modelo. l El modelo se simula. l Los resultados se usan para mejorar eldiseño inicial. l Todas las decisiones las toman los diseñadores del sistema. Jerarquía de abstracción (I) l Nivel de disposición o de silicio: descripción de la disposición física (layout) de los CI. l Nivel de circuito: descripción mediante circuitos detallados formados por transistores, resistencias y condensadores. l Nivel lógico o de puertas: descripción mediante puertas lógicas interconectadas. 7

8 Jerarquía de abstracción (II) l Nivel de transferencia de registros o RTL: las operaciones se describen como transferencias de valores entre registros. l Nivel algorítmico: el sistema se describe como un conjunto de algoritmos concurrentes. l Nivel de sistema: el sistema se describe como un conjunto de procesadores y canales de comunicación. Diagrama de Gajski o de la Y 8

9 Los tres dominios l Dominio estructural (structural domain): los componentes se describen en términos de componentes más básicos interconectados. l Dominio comportamental (behavioral domain): los componentes se describen en función de como sus salidas responden a sus entradas. l Dominio físico/geométrico (physichal/ geometrical domain): los componentes se dscriben en términos de sus posición y características físicas. El paradigma de descripción y síntesis l Se comienza por describir un diseño especificando su comportamiento (behavioral specification). Esta especificación suele ser demasiado abstracta como para su implementación directa. l El diseño se refina añadiendo detalles estructurales que posibiliten su realización física. l El diseño se evalúa mediante una función de coste y se optimiza para minimizarla. 9

10 Descripción y síntesis de alto nivel l Se comienza por describir un diseño especificando su comportamiento (behavioral specification). l El diseño se refina añadiendo detalles estructurales que posibiliten su realización física. l El diseño se evalúa mediante una función de coste y se optimiza para minimizarla. l Las herramientas permiten que el diseñador empiece con un grado mucho mayor de abstracción y termine con un menor grado de detalle. Paradigma de diseño basado en IP l IP (Intellectual Property): bloques constructivos prediseñados y preverificados. l Permiten la reutilización delos diseños. l Pueden ser: Duros (hard IP): layout o netlist. Blandos (soft IP): descripción HDL. l El diseño se reduce a: Diseño de la interfaz entre IP's. Verificación. Test. 10

11 Terminología básica l Síntesis: transformar una representación en otra con un grado menor de abstracción o una representación comportamental en otra estructural del mismo nivel. l Análisis: estudiar una representación para descubrir su comportamiento o comprobar sus propiedades. l Simulación: uso de un modelo software para estudiar la respuesta de un sistema ante unos estímulos de entrada. l Verificación: proceso por el que se determina que un sistema funciona correctamente. l Optimización: modificación de la representación de un diseño que mejora sus características. Actividades de diseño 11

12 Proceso típico de diseño Top-Down 12