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Elettronica dei SistemiDigitali L-A
Università di Bologna, sede di Cesena
A.a. 2004-2005
Progettazione di Circuiti Digitali
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Implementation Choices
Custom
Standard CellsCompiled Cells Macro Cells
Cell-based
Pre-diffused(Gate Arrays)
Pre-wired(FPGA's)
Array-based
Semicustom
Digital Circuit Implementation Approaches
Adapted from: J.Rabaey et al., “Digital Integrated Circuits”, Copyright 2003 Prentice Hall/Pearson.
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Flusso di progettazione di circuiti digitali
definizione specifiche funzionali
Sviluppo e progettazione (es. descr. HDL)
Verifica e simulazione funzionale
Sintesi logica (vincoli area, potenza, frequenza)
Floorplanning + Place and Route (simulazione e verifica di area,potenza, frequenza)
Signal Integrity (cross-talk, IR drops, etc.)
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Flusso di progetto circuiti digitali (anni 80/90)
1) Definizione Algoritmica : y=-x;
2) Schematic Entry
3) Custom Layout (place & route)
4) Parasitic extraction & Backannotation
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Flusso di Sviluppo di circuiti digitali : FRONT END
1) Definizione Algoritmica (linguaggio C): q=a * b + c;
2) Descrizione VHDL del circuito: q <= a and b or c;
3) Simulazione Funzionale
4) Sintesi Logica
5) Simulazione Post-Sintesi
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Flusso di Sviluppo di circuiti digitali: BACK END
6) Floorplanning
7) Place & Route
8) Parasitic extraction & backannotation
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Approccio “Custom”
Intel 4004Courtesy Intel
Adapted from: J.Rabaey et al., “Digital Integrated Circuits”, Copyright 2003 Prentice Hall/Pearson.
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Transition to Automation and Regular Structures
Intel 4004 (‘71)Intel 4004 (‘71)Intel 8080Intel 8080 Intel 8085Intel 8085
Intel 80286Intel 80286 Intel 80486Intel 80486
Courtesy Intel
Adapted from: J.Rabaey et al., “Digital Integrated Circuits”, Copyright 2003 Prentice Hall/Pearson.
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Il Design Productivity Gap
Lo sviluppo della tecnologia offre una quantita’ di risorse di
Calcolo che supera la capacita’ del progettista di utilizzarle.
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Tecnologia Standard Cells
Per velocizzare il tempo di progetto (time-to-market) di un prodotto
vengono realizzano librerie formate da celle logiche elementari
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Libreria Standard cells
EsempioEsempio: : LibreriaLibreria AMS 0.35 AMS 0.35 µµmm (Austria Micro Systems)(Austria Micro Systems)
8 FF JK 32 FF D 10 LatchesCelle Sequenziali
5 Inverters 14 Buffers 8 3state buffers 21 and 21 or 12 xor 21 nand 21 nor 6 mux 28 Blocchi misti
Celle Combinatorie
10 Inout 12 Inputs 10 Outputs 6 Power
IO Pads
270 270 CelleCelle ElementariElementari::
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Libreria Standard Cells: Cella AND2
cell(AN2) { area : 0.64cell_footprint : "AND2"
pin (A B) { direction : inputfanout_load : 5;
capacitance : 0.05 }pin(Q) { direction : output
max_fanout : 95;max_capacitance : 0.9494function : "(A*B)“ }
timing() { intrinsic_rise : 0.22intrinsic_fall : 0.12rise_resistance : 3.16fall_resistance : 2.00slope_rise : 0.00slope_fall : 0.00
related_pin : "A B"}}
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Standard Cell - Example
3-input NAND cell(from ST Microelectronics):C = Load capacitanceT = input rise/fall time
Adapted from: J.Rabaey et al., “Digital Integrated Circuits”, Copyright 2003 Prentice Hall/Pearson.
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Cell-based Design (or standard cells)
Routing channel requirements arereduced by presenceof more interconnectlayers
$GREH�6\ VWHP V
Adapted from: J.Rabaey et al., “Digital Integrated Circuits”, Copyright 2003 Prentice Hall/Pearson.
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Standard Cell — Example
[Brodersen92]
Adapted from: J.Rabaey et al., “Digital Integrated Circuits”, Copyright 2003 Prentice Hall/Pearson.
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Elettronica dei Sistemi Digitali
Standard Cell – The New Generation
Cell-structurehidden underinterconnect layers
Adapted from: J.Rabaey et al., “Digital Integrated Circuits”, Copyright 2003 Prentice Hall/Pearson.
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Elettronica dei Sistemi Digitali
MacroModules
256×32 (or 8192 bit) SRAMGenerated by hard-macro module generator
Adapted from: J.Rabaey et al., “Digital Integrated Circuits”, Copyright 2003 Prentice Hall/Pearson.
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Elettronica dei Sistemi Digitali
“Intellectual Property”
A Protocol Processor for WirelessAdapted from: J.Rabaey et al., “Digital Integrated Circuits”, Copyright 2003 Prentice Hall/Pearson.