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Estudo e Implementação de Lógica Adiabática para Circuitos
Integrados com Baixo Consumo
LUCAS MACHADO
Orientador: Prof Dr. Renato Perez RibasBanca: Prof. Dr. Gilson Inácio Wirth e Prof. Dr. André Inácio Reis
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE INFORMÁTICA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO
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Introdução◦ Contexto◦ Motivação ◦ Objetivos◦ Estilos lógicos digitais
Estilos lógicos de baixo consumo◦ Escala de tensão◦ Lógica Adiabática
Análise Elétrica◦ Ferramentas◦ Funcionamento◦ Comparação
Layout Implementação Somador completo
◦ CMOS◦ 2N-2N2P◦ Comparação
Sumário
Porto Alegre, julho de 2010 2UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Circuito integrado
IntroduçãoContexto
Porto Alegre, julho de 2010 3UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Circuito integrado consome energia
IntroduçãoContexto
Porto Alegre, julho de 2010 4UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
Circuito integrado
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Ideia “verde”◦Menor dependência de fontes de energia não-renováveis
Portáteis◦Maior duração da bateria
Economia de energia ◦ Dissipação de calor
IntroduçãoMotivação
Porto Alegre, julho de 2010 5UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Estudo e implementação da Lógica Adiabática
Comparação das lógicaseletricamente
Estudar possibilidade de criação de uma biblioteca de células utilizando lógica adiabática
IntroduçãoObjetivos
Porto Alegre, julho de 2010 6UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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PMOS
NMOS
CMOS
Com transistores de passagem
Dinâmico
IntroduçãoEstilos Lógicos Digitais
Porto Alegre, julho de 2010 7UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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E = (RC/T)*CV²
Estilos Lógicos de baixo consumo Escala de Tensão
Porto Alegre, julho de 2010 8UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
Performance Consumo
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O termo adiabático na física é relacionado a um processo que mantém a energia do sistema, sem entrar ou dissipar calor
Em CI’s, o termo se refere auma lógica de transistoresque recupera a energiadescarregada
Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática
Porto Alegre, julho de 2010 9UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Em um circuito CMOS convencional, a maior parte da energia dissipada é referente a capacitância de gate
E = (RC/T)*CV²
Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática
Porto Alegre, julho de 2010 10UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Diversas:
◦2N-2N2P◦Clocked CMOS adiabatic logic (CAL)◦Pass-Transistor Adiabatic Logic (PAL)◦Efficient Charge Recovery Logic (ECRL) ◦Positive Feedback Adiabatic Logic (PFAL)◦True Single-Phase Energy-Recovering Logic (TSEL)◦Single-phase source-coupled adiabatic logic (SCAL)
Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática
Porto Alegre, julho de 2010 11UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Transistores MN3 e MN4 implementam a função a ser executada
Transistores MP1, MP2, MN1 e MN2 fazem a memorização das saídas
Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática
Porto Alegre, julho de 2010 12UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Tem-se quatro fases de funcionamento:entrada, avaliação, retenção e recuperação
Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática
Porto Alegre, julho de 2010 13UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Modelo PTM
Análise ElétricaFerramentas
Porto Alegre, julho de 2010 14UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
SpiceOpus
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TSEL e SCAL não funcionaram com o modelo PAL não funcionou a 250 MHz 2N-2N2P:
Análise ElétricaFuncionamento
Porto Alegre, julho de 2010 15UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
Entrada Negada
Entrada
Saída
Saída Negada
Fonte
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Recuperação de energia acontece até atingir a tensão de threshold
Análise ElétricaConsumo
Porto Alegre, julho de 2010 16UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Análise ElétricaComparação
Porto Alegre, julho de 2010 17UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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LayoutO que é layout simbólico?
Porto Alegre, julho de 2010 18UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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LayoutLógica Adiabática
Porto Alegre, julho de 2010 19UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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LayoutLógica Adiabática
Porto Alegre, julho de 2010 20UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
Tensão do sistema?
Terra?Tensão de referência?
Diferentes fontes de clock
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Implementação Full-AdderCMOS
Porto Alegre, julho de 2010 21UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Implementação Full-Adder2N-2N2P
Porto Alegre, julho de 2010 22UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Implementação Full-AdderComparação
Porto Alegre, julho de 2010 23UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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Importância pela revisão da literatura
Aprendizado e desenvolvimento de uma tecnologia alternativa
Revisão de conceitos da faculdade
Identificação de problemas e soluções
ConclusãoPesquisa e Análise Elétrica
Porto Alegre, julho de 2010 24UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
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ConclusãoLayout
Porto Alegre, julho de 2010 25UFRGS - Engenharia de Computação
Trabalho de Diplomação
PRÓS CONTRAS
Altura pequena Várias alimentações
Facilidade de roteamento Cascateamento
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Comprovado: robustez CMOS
Alternativa: subthreshold em tecnologias menores
Problema: diminuição da diferença: Vdd – Vth
Solução: a ideia ainda é válida!
ConclusãoComparação
Porto Alegre, julho de 2010 26UFRGS - Engenharia de Computação
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Estudo e Implementação de Lógica Adiabática para Circuitos
Integrados com Baixo Consumo
LUCAS MACHADO
Perguntas?
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
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