conception des circuits intégrés prédiffusés précaractérisés et sur mesure v2010
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Conception des Circuits Intégrés Prédiffusés
Précaractérisés et sur Mesure
Mohamed MASMOUDI
Laboratoire d’Electronique, Microtechnologie & Communication
Professeur à l’ENIS
GE3 Mohamed Masmoudi
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Plan du cours
Introduction
Chapitre I : Techniques de conception des circuits intégrés
Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
Chapitre III :ASIC Spécifique
Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
GE3 Mohamed Masmoudi
Laboratoire d’Electronique, Microtechnologie & Communication
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Chapitre I : Techniques de conception des circuits intégrés
- Classification des Circuits intégrés- Evolution des techniques de conception- Classification des ASICs- Comparaison des ASICs
Chapitre I
Techniques de conception des circuits intégrés
Plan du chapitre :
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Chapitre I : Techniques de conception des circuits intégrés
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Chapitre I : Techniques de conception des circuits intégrés
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Chapitre I : Techniques de conception des circuits intégrés
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Chapitre I : Techniques de conception des circuits intégrés
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Chapitre I : Techniques de conception des circuits intégrés
Classification des ASICs
ASIC
ASICsemi-spécifique
Système sur puce "SoC"
Programmable "FPGA"
Sur mesure "Full Custum"
Pré-caractérisé "Standard Cell"
Pré-diffusé "Gate Array"
ASICspécifique
ASIC : Application Specific Integrated Circuit
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Chapitre I : Techniques de conception des circuits intégrés
Comparaison des ASICs
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
- Circuits Programmables- Circuits prédiffusés- Comparaison
Chapitre II
ASIC Semi Spécifique
Plan du chapitre :
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
ASIC
ASICsemi-spécifique
Système sur puce "SoC"
Programmable "FPGA"
Sur mesure "Full Custum"
Pré-caractérisé "Standard Cell"
Pré-diffusé "Gate Array"
ASICspécifique
Programmable "FPGA"
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Critères de choix de la technologie
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Les principaux fabriquants
1. ALTERA 30%
2. XILINX 30%
3. LATTICE 10%
4. ACTEL 10%
5. Etc… 20%
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Bloc Logique : CLB (Xilinx XC3000)
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Technologie de Programmation
Anti-fusible
Flash
SRAM
Caractéristiques : encombrement minimal, non reprogrammable, technologie spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Technologie de Programmation
Anti-fusible
Flash
SRAM
Caractéristiques : conserve la configuration, système autonome, technologie spécifique
EPROM
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Technologie de Programmation
Anti-fusible
Flash
SRAM
Caractéristiques : volatile, reconfigurable dynamiquement, technologie spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
ASIC
ASICsemi-spécifique
Système sur puce "SoC"
Programmable "FPGA"
Sur mesure "Full Custum"
Pré-caractérisé "Standard Cell"
Pré-diffusé "Gate Array"
ASICspécifique
Pré-diffusé "Gate Array"
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre II : ASIC Semi Spécifique
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Chapitre III : ASIC Spécifique
- Circuits Précaractérisés- Circuits sur Mesure - Système sur puce
Chapitre III
ASIC Spécifique
Plan du chapitre :
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Chapitre III : ASIC Spécifique
ASIC
ASICsemi-spécifique
Système sur puce "SoC"
Programmable "FPGA"
Sur mesure "Full Custum"
Pré-caractérisé "Standard Cell"
Pré-diffusé "Gate Array"
ASICspécifique
Pré-caractérisé "Standard Cell"
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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ASIC
ASICsemi-spécifique
Système sur puce "SoC"
Programmable "FPGA"
Sur mesure "Full Custum"
Pré-caractérisé "Standard Cell"
Pré-diffusé "Gate Array"
ASICspécifique
Chapitre III : ASIC Spécifique
Sur Masure "Full Custum"
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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Définition architecture
Simulation fonctionnelle
Conception logique
Simulation logique
Conception électrique
Simulation électrique
Layout
ExtractionSimulation
Comparaison
Fabrication
Spécification du système
Procédure Réelle
Description comportementale
Description structurelle
Layout
Fabrication
Spécification du système
Procédure Idéale
Chapitre III : ASIC Spécifique
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ASIC
ASICsemi-spécifique
Système sur puce "SoC"
Programmable "FPGA"
Sur mesure "Full Custum"
Pré-caractérisé "Standard Cell"
Pré-diffusé "Gate Array"
ASICspécifique
Chapitre III : ASIC Spécifique
Système sur Puce "SoC"
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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Comparaison FPGA/GA/SC
Chapitre III : ASIC Spécifique
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Migration FPGA ASIC
Les FPGA diminuent le temps de conception d'un ASIC
Les FPGA permettent d'obtenir rapidement le prototypage rapide d'un ASIC pour le tester sur carte.
Chapitre III : ASIC Spécifique
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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Chapitre III : ASIC Spécifique
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
- Outils de CAO- Flot de conception des circuits analogiques- Flot de conception pour les circuits numériques- Flot de conception des circuits mixtes
Plan du chapitre :
Chapitre IV
Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Rôle de la Conception Assistée par Ordinateur (CAO - CAD:Computer Aided Design / CAE:Computer Aided Engineering)
- Maîtrise des temps et des coûts.- Nécessité suite à la complexité croissante des circuits électroniques- Gérer les immenses volumes de données techniques- Analyses poussées (stress, fiabilité, thermique, …)- Réutilisabilité / Intellectual Property / Testabilité
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Evolution : Méthodes de CAO
1950 : Premier système graphique (MIT)1969 : SPICE (Berkeley)#1970 : Dessin des masques à la main#1980 : Compilation de silicium (portes vers masques)#1985 : Synthèse logique / Naissance de VHDL#1990 : Synthèse de haut niveau#1995 : Synthèse architecturale
Méthodologie ASIC : juste par conception#2000 : Langage multi-disciplines industriel : VHDL-AMS
Analogique / Numérique / Autres (MOEMS)
Diminution des «Time-to-Market»et de la durée de vie des produits
Méthodologie / Gestion de projet TRES IMPORTANTGE3 Mohamed Masmoudi
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Outils de CAO
- Simulateurs Analogiques : SPICE, ELDO, SPECTRE, …
- Simulateurs Logiques : SPICE, ELDO, SPECTRE, …
- Simulateurs Fonctionnels Comportementaux Logiques: MATLAB, VHDL, VERILOG, …
- Simulateurs Fonctionnels Comportementaux Analogiques et Mixtes : VHDL-AMS, VERILOG-AMS, …
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Manuel
Synthèse Logique Compilation
de Si
LAYOUT
Flot de conception
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Flot de conception
Conception algorithmique et synthèse de haut niveauGE3 Mohamed Masmoudi
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Flot de conception des Circuits Intégrés Analogiques
Conception électrique
Simulation électrique
Layout
Extraction
Fabrication
Spécification du système
Netlist
Simulation électrique
Ok
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Spécifications
Modélisation haut niveau
Analyse de testabilité
Modélisation RTL
Synthèse logique
Placement-Routage DiagnosticDRC + Extraction
Analyse de délais
Performances
Simulation
Vérification
Diagnostic
Diagnostic
Diagnostic
Diagnostic
Fabrication d’un prototype
oui
non
Flot de conception des Circuits Intégrés numériques
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Synthèse logique
simulation abstraite simulation simulation abstraite simulation logicologico--temporelletemporelle simulation simulation éélectriquelectrique
HDLHDL GateGate levellevel Physique Physique levellevelCompilation de silicium+ placement/routageif a=‘1’ then
r = velse
r = not (p)end if
r2 1
a
v
p
PNN
synthèse logique
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Flow de Conception Typique pour FPGA
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Modélisation Analogique et Mixte
C’est une description comportementale des circuits analogiques et mixtes
VHDL-AMS, VERILOG-AMS représentent les principaux outils de modélisation et de simulation analogique et mixte.
Nécessité d’avoir une bibliothèque suffisamment riche de modèles comportementaux : AOP, Filtres, CAN, CNA, PLL, VCO, etc….
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Flot de conception des Circuits Intégrés mixtes
Partie Analogique Partie Numérique
Layout
partie Analogique
Convertisseur A/N
Layout
du convertisseur A/N
Bibliothèque Numérique
Architecture Partie Numérique
Vérification & test
Vérification & test
CircuitNiveau transistor
BibliothèqueModèles Analogiques
Modèle partie
Analogique
Modèle du Convertisseur A/N
Synthèse de la partie Numérique
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Un environnement de CAO mixte : Tanner
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Un environnement de CAO mixte : Tanner
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Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés
Synthèse Analogique
Jusqu’à ce jour la synthèse des circuits analogiques est manuelle en attendant l’apparition du premier outil de synthèse analogique.
Plusieurs labo de recherche, dans le monde, travaillent pour développer des outils de synthèse analogique.
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
- Choix des critères pour la conception- Développement d’un Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)- Exemples de cellules logiques- Exemples de cellules analogiques- Plots d’E/S
Plan du chapitre :
Chapitre V
Conception de Bibliothèques de cellules
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Choix des critères de Conception
- Surface minimale
- Consommation minimale
- Fréquence maximale
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
Caractéristiques de la Technologie
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
Inverseurs
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
NAND (2 entrées)
NOR (2 entrées)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
CAN (8 bits)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
DAC (8 bits)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
DAC (10 bits)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Plots d’E/S analogiques
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Plots d’E/S analogiques
Vdd
GndPad
Core Gnd
Vdd
Pad
Core
In
Vdd
GndPad
Core In
Vdd
GndPad
Core
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Plots d’E/S analogiques
Pad "Gnd" Pad "In" Pad "In" Pad "In" Pad "In" Pad "In" Pad "In" Pad "Vdd"
D
D D
D
D
D DR
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Plots d’E/S logiques
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Plots d’E/S logiques
In
Vdd
GndPad
Core In
Vdd
GndPad
Core
Out
Pad
Core
Plot d’entrée :
Plot de sortie :
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Plots d’entrées
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
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Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules
Plots de sortie
Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)
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