TEMA 0: Introducción: Aspectos Tecnológicos y Metodológicos del diseño de sistemas
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- Rocío Méndez Molina
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1 TEMA 0: Introducción: Aspectos Tecnológicos y Metodológicos del diseño de sistemas Curso 07/08 Departamento de Arquitectura y Tecnología de Sistemas Informáticos - Facultad de Informática - Universidad Politécnica de Madrid - V. Rodellar 1
2 Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos del diseño de sistemas 0.1. Evolución de la tecnología Implicaciones de la longitud del canal Chips estándar Dispositivos Lógicos programables Circuitos Integrados no programables 0.2. Metodologías de diseño Niveles de abstracción y Jerarquías Lenguajes de Descripción Hardware Herramientas CAD Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 2
3 Evolución de la Tecnología Desafíos en el diseño digital Acortar el tiempo de puesta en el mercado de un producto Reducir el precio del producto final - Estrategias - Mejora de la tecnología - Nuevas Metodologías de diseño Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 3
4 Evolución de la Tecnología: Implicaciones de la longitud del canal Longitud del canal submicra Rc = K L/W Ce = K L W - System on chip (SOC) - Incremento de la velocidad - Disipación de potencia Pd= f Ce V 2 dd Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 4
5 Evolución de la Tecnología: Chips estándar Ampliamente usada en los años 80 Funcionalidad simple y fija Pequeña cantidad de puertas Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 5
6 Evolución de la Tecnología: Simple programmable logic circuits (SPLD) - PLA Puede ser configurada por el usuario para implementar una gran variedad de circuitos lógicos diferentes Programmable Logic Arrays (PLA) Los planos AND y OR son programables Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 6
7 Evolución de la Tecnología Simple programmable logic circuits (SPLD) - PAL Programmable Array Logic (PAL) El plano AND es programable, el plano OR es fijo. Más simple de fabricar Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 7
8 Evolución de la Tecnología : Complex programmable logic circuits (CPLD) Contenido del block: OR XOR Flip-flops MUX Buffers triestado Numero de pines (200) Tamaños 100 PAL No-volátiles Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 8
9 Evolución de la Tecnología: Complex programmable logic circuits (CPLD) MAX 7000 CPLD - ALTERA Diagrama de bloques Macrocelda 7032 (32 macrocells) ---> 7512 (512 macrocells) Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 9
10 Evolución de la Tecnología: Field programmable gate arrays (FPGA) Proporciona: Bloques lógicos Conmutadores de interconexión Bloques de I/0 Bloques lógicos : lookup table (celdas de almacenamiento). Tamaños diferentes Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 10
11 Evolución de la Tecnología: Circuitos integrados no programables PLD s son programados por el usuario final no hay retrasos de fabricación Cuando las PLD s no cumplen las prestaciones deseadas o las restricciones de coste, entonces: Ha de diseñarse el circuito a medida Ha de elegirse la tecnología apropiada El chip es fabricado por una compañía pero. Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 11
12 Ventajas Evolución de la Tecnología: Circuitos integrados no programables El chip puede ser optimizado para una determinada tarea Mejores prestaciones (área, tiempo, potencia) Puede utilizarse un único chip en lugar de varios chips para el mismo diseño Desventajas: Alto coste de producción (recomendado para grandes cantidades) Mucho tiempo de diseño Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 12
13 Evolución de la Tecnología: Circuitos integrados no programables - Custom El diseñador tiene completa libertad para decidir el número de transistores, el tamaño del chip, la ubicación de las celdas, ruteado de señales (layout), etc... Mucho esfuerzo!!. Muy caro!! Varias Mascaras Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 13
14 Evolución de la Tecnología: Circuitos integrados no programables - Standard cells El layout de las puertas lógicas y otros dispositivos están preconstruidos y almacenados en una biblioteca que están accesibles al diseñador Acorta el proceso de diseño pero no el proceso de fabricación Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 14
15 Evolución de la Tecnología: Circuitos integrados no programables - Gate arrays Parte del chip está prefabricado y otras partes son personalizadas para un usuario particular (nivel de metalización). Acorta el proceso de diseño y el de fabricación Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 15
16 Evolución de la Tecnología: Circuitos integrados no programables Oblea de silicio Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 16
17 Microprocesador INTEL 8008 AÑO 1974 Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 17
18 Microprocesador INTEL 386 AÑO transistores Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 18
19 Microprocesador INTEL Pentium II AÑO ,5 millones de transistores Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 19
20 Pentium III AÑO ,5 millones de transistores 0,25 micras Pentium 4 AÑO millones de transistores 0,18 micras Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 20
21 Metodologías de Diseño Top-down Jerarquías Reusabilidad Síntesis Lenguajes de descripción Hadware Portabilidad entre herramientas CAD Implementación Tecnológica independiente del diseño Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 21
22 Metodologías de Diseño: Niveles de abstracción Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 22
23 Metodologías de Diseño: Jerarquías Un componente incluye otros componentes de menor complejidad, así hasta llegar al nivel de puerta (transistor) Encapsulado Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 23
24 Metodologías de Diseño: Lenguajes de descripción hardware El proceso de diseño es independiente de la tecnología HDL estándar --> Portabilidad entre herramientas CAD IEEE : (VHDL-Verilog) Descripción y simulación combinando diferentes niveles de abstracción: Behavioral (Comportamiento) RTL (Transferencia entre registros) Structural (Estructural) Documentación de los diseños Diagnostico de fallos Evaluación de prestaciones 24
25 Metodologías de Diseño: Lenguajes de descripción hardware Se utilizan como entrada en las herramientas de síntesis HDL -> herramienta de síntesis -> estructural + Biblioteca Tecnológica (µ) -> layout HDL -> herramienta de síntesis -> estructural + Mapeado -> PLD, FPGA Reusabilidad Prototipado virtual Y algunas más... Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 25
26 Metodologías de Diseño: Herramientas CAD - Simulación Tablas de verdad (número reducido de variables) Texto, formas de onda Esquemáticos (dependientes de la tecnología) Bibliotecas de componentes proporcionadas por el suministrador de CAD HDL Estándar Portabilidad Reusabilidad... Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 26
27 Metodologías de Diseño: Herramientas CAD - Síntesis Compilación Transforma la entrada (tabla, esquemático o HDL) en un conjunto de ecuaciones lógicas Síntesis lógica: Optimiza las funciones lógicas Diseño Físico Mapea los funciones lógicas optimizadas a una tecnología especifica (placement, routing) Simulación temporal: Mide los retardos de propagación, y el retardo del camino crítico Configuración del chip Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 27
28 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.all; USE IEEE.NUMERIC_STD.all; Sintesis de un registro P/P a partir de su descripción VHDL ENTITY register_pp IS GENERIC (num_bits:natural:=4); PORT ( clk: IN STD_LOGIC; -- activo por flanco de subida rst_n : IN STD_LOGIC; -- activo a nivel bajo enable: IN STD_LOGIC; -- activa a nivel alto data_in: IN UNSIGNED (num_bits -1 DOWNTO 0); data_out: OUT UNSIGNED (num_bits -1 DOWNTO 0)); END register_pp; ARCHITECTURE behavior OF register_pp IS BEGIN PROCESS (clk, rst_n) BEGIN IF rst_n ='0' THEN data_out <= (OTHERS => '0'); ELSIF rising_edge (clk) THEN IF enable = '1' THEN data_out <= data_in; END IF; END IF; END PROCESS; END behavior; Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 28
29 Vista interna de la CPLD Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 29
30 Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 30
31 Resumen El gran desarrollo de la tecnología digital se ha debido a dos hechos: La miniaturización del transistor Las metodologías de diseño Lenguajes de descripción hardware Diseño Top-down Herramientas CAD Tema 0. Aspectos Tecnológicos y Metodológicos - DATSI -FI -UPM -V. Rodellar 31
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