Asynchronous circuits : innovations in components, cell libraries and design templates

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Moreira, Matheus Trevisan
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul; Faculdade de Informática; Brasil; PUCRS; Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
• Palavras-chave em Português: CIRCUITOS ASSÍNCRONOS; PROJETO DE CIRCUITOS; ARQUITETURA DE REDES; ENGENHARIA ELÉTRICA; INFORMÁTICA; CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
• Link de acesso: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/6635

O paradigma síncrono foi, por décadas, a principal escolha da indústria para o projeto de circuitos integrados. Infelizmente, com o desenvolvimento da indústria de semicondutores, restrições de projeto relativas à potência de um circuito e incertezas de atrasos aumentaram, dificultando o projeto síncrono. Alguns dos motivos para isso são o aumento na variabilidade dos processos de fabricação de dispositivo, as perdas de desempenho relativas em fios e as incertezas temporais causadas por variabilidades nas condições operacionais de dispositivos. Dessa forma, o paradigma assíncrono surge como uma alternativa, devido à sua robustez contra variações temporais e suporte ao projeto de circuitos de alto desepenho e baixo consumo. Entretanto, grande parte da indústria de ferramentas de automação de projeto eletrônico foi desenvolvida visando o projeto de circuitos síncronos e atualmente o suporte a circuitos assíncronos é consideravelmente limitado. Esta Tese propõe novas técnicas de projeto para otimizar circuitos assíncronos, desde o nível de células ao nível de sistema. Começamos analisando e otimizando componentes básicos para o projeto desses circuitos e depois apresentamos novas soluções para implementá-los no nível de transistores. As otimizações propostas permitem uma melhor exploração dos parâmetros desses circuitos, incluindo potência, atraso e área. Em um segundo momento, exploramos o uso desses componentes como células para a geração de uma biblioteca de suporte ao projeto semi-dedicado de circuitos assíncronos. Nesse contexto, propomos um fluxo completamente automatizado para projetar tais bibliotecas. O fluxo compreende ferramentas de dimensionamento de transistores e caracterização elétrica, desenvolvidas nesta Tese, e uma ferramenta de projeto de leiaute, desenvolvida por um grupo de pesquisa parceiro. Esse trabalho também apresenta uma biblioteca aberta, com centenas de componentes validados extensivamente através de simulações pós-leiaute. Além disso, usando essa biblioteca desenvolvemos novos templates para o projeto de circuitos assíncronos no nível de sistema, propondo um fluxo automático para síntese e mapeamento tecnológico. Comparado a uma solução assíncrona no estado da arte, nosso mais novo template apresenta uma eficiência energética quase duas vezes maior. As contribuições desta Tese permitiram a construção de uma infraestrutura para o projeto de circuitos assíncronos, abrindo caminho para a exploração do uso de templates assíncronos para solucionar problemas modernos e futuros no projeto de circuitos integrados.