Введение к работе
. Актуальность проблемы. Современные СБИС интегрируют на одном: кристалла большое число логических блоков, согласованная работа которых обеспечивается централизованным механизмом синхронизации. Из-за разброса задержек распростраЕівішя сигнала по линиям межсоединений возникает относительная погрешность отсчета времени в различных логических блоках СБИС, которая с определенной вероятностью приводит к получению неверного результата.
Радикальным решением проблемы синхронизации в СБИС является переход к децентрализованному асинхронному механизму временного согласования логических блоков, получившему название сакосинхронного '(self-timed)." В самосинхрошюй СБИС ход времени связан ш с внешними физическими .часами, а с логическими собитияші, происходящий внутри СБИС. ;
О точки зрения архитектура любая езмоешіхронная система и самосинхронная СЕКС в частности представляет, собой совокупность са:.',осинхронннх модулей, каздий из которых содержит, наряду с логическим блоком, схему индикатора для определения момента завершения переходного процесса в логическом блоке и схему интерфейсной логики для обеспечения взаимодействия логического блока с внешней средой (рис.Г).
Внешняя ерзда
Индикатор
интерфейсная логика
Рис.1. Структура овмосиихронного модуля и его связи с внешней средой.
Ключевой' проблемой .синтеза самосинхронных СБИС : является
разработка эффективного метода.индикации окончаїшя переходного
процесса в логическом блоке и техническая реализация этого
метода. '.'.'..'''
Предпринимавшиеся до настоящего времени усилия в области синтеза самосинхронных схем были основаны на логическом подходе к определению момента , окончания переходного процесса в логическом блоке. Этот подход предполагает использование избыточного кодирования состояний входов и. выходов логического блока и представлении этих, состояний самосинхронизирущимися кодами. Избыточное кодирование приводит примерно к двукратному повышению аппаратных затрат, на реализацию самосинхронных схем по сравнению с их синхронными аналогами.
Другая причина, сдерживавшая разработку к/ применение самосинхронных схем - это отсутствие методов динамического анализа самосинхронных схем, которые, во-первых, позволяли бы гарантировать корректное поведение схем при всех возможных задержках компонентов, а во-вторых, давали бы возможность оценить производительность самосинхронных схем уже на этапе проектирования. Попытки применения для динамического анализа самосинхронных схем известных методов синхронных схем не увенчались успехом из-за большого объема необходимых вычислений. ./.':'.
По вышеизложенным причинам является актуальным создание новых методов синтеза самосинхронных схем и.. их 'динамического. анализа, которые позволили бы упростить процедуру проектирования самосинхронных схем и их верификации.
Целью диссертационной работы является разработка новых методов синтеза самосинхронных схем и их динамического анализа, обеспечение упрощения процедуры проектирования самосинхронных схем и их верификации.
Для достижения поставленной цели, потребовалось решить-следующие задачи:
I.Разработка метода синтеза самосинхронных КЇ.ЩП СБИС из самосинхроншх модулей, каждый -.; из которых -содержит логический блок, индикатор окончания переходного процесса и интерфейсную логику, причем.в качестве контролируемого парамет-
pa в индикаторе используется уровень тока, потребляемого логическим блоком от источника питания.
2.Разработка схемы индикатора окончания переходного процесса и схемы интерфейсной логики, обеспечивающих реализацию предложенного метода синтеза самосинхронных СБИС.
3.Разработка' метода динамического анализа самосинхроншх СБИС, основанного на динамической стохастической модели логического элемента.
4.Разработка алгоритма расчета производительности самосинхронных . схем на основе предложенного метода динамического анализа.
Методы исследования основываются на использовании теории синтеза и анализа электронных схем, алгебри логики, теорій вероятностей и дифференциального исчисления булевых функций. Для моделирования электронных схем использовалась программа SPICE 2G.6 и пшуэмпирическая модель МДП-транзистора.
Научная новизна результатов заключается в следующем:
I.Предложен метод синтеза .самосинхронных КМДП-схем, отличающийся использованием контроля уровня потребляемого тока для определения момента завершения переходного процесса в логическом блоке.
2.Предложена динамическая стохастическая модель логического элемента, отличающаяся использованием вероятностной меры логической функции, причем в качестве логической функции использована булева.производная.
3.Развит математический аппарат дифференциального исчисления булевых функций и, в частности,, введены частіше булевы производные выше первого порядка.
4.Разработан -алгоритм расчета производительности . самосинхронных схем, основанный на динамической стохастической модели логического элемента, аппарате теории вероятностей и теории множеств.
5.Предложена модель элементарного источника теплового потока в КМДП СБИС, позволяющая оценить величину нагрева различных областей кристалла СБИС и степень параметрической надежности функциональных, узлов, размещенных в этих областях.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной
работе, подтверждается публикацией в авторитетном зарубежном журнале [4] и авторским свидетельством [63.
Практическая ценность работы.
I.Предложенный метод синтеза самосинхронных КМДП СБИС снимает ограничения снизу на скорость обработки информации в логически/, блоках СБИС и на скорость распространения ия^ормэционию: и уітравляїощих сигналов по линиям межсоединений. Па практик* ато приводит к нечувствительности СБИС к параметрическим отказам .компонентов и увеличению времени наработки до отказа ва 2 порядка. Для логических блоков с последовательной структурой применение предло:к8якого метода обеспечивает повышение производительности в 2-4 раза.
2.Предложенная динамическая стохастическая модель (ДСМ) логического елемента дает возможность проведения динамического анализа самосшгхронннх схем к упрощает динамический анализ традищюпннх схем. В отличие от известных моделой, применение ДС?.! обеспечивает линейную зависимость числа необходима операций от числа элементов в анализируемой схеме.
3.Предложиннй алгоритм расчета производительности самосию:роныу>' схсіл позволяет решать задачу расчета производительности с любой наперед заданной точностью.
4.Предложенная методика теплового анализа КМДП СВІЇС позволяет оценивать величину нагрева кристалла и предсказывать интенсивность отказов компонентов на этапе проектировашія, за счет чего достигается снижение стоимости проектирования и изготовления СБИС.
Использование результатов работа.
Разработанные методы внедрены на предприятии п/я М-51ЭЭ при разработке и изготовлении специализированинх..КЬ-іДП СБИС для пирровой обработки сигналов. Кроме того, результати диссертационной работы внедрены в учебный процесс в-Самарском институте повышения квалификации и используются для. подготовки специалистов по программе "САПР.Разработчики".
Апробация работы. Основные результати, диссертационной работы докладывались и обсуждались на Поволжском зональном сєілвнаро "Микропроцессоры в системах контроля и управления" (Пенза, 1983), Поволжской зональной конференции- "Методы оценки
. 6
и повышения надежности РЭС" (Пенза, 1ЭЭ0), Школе-семинаре "Методи автоматизированного проектирования электроиш-вичнсли-толъной аппаратуры и СБИС. САПР-90" (Черновцы, 1990), XTjV-П Всесоюзной научной сессии, посвященной Діпо Радио (Москва, 1990), .научно-техшческих семинарах кафедри микроэлектроники Шт (Москва, І987-Ї990).
Публикации. По теме диссертации опубликовано G печатних работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех, глав, заключения и списка литературы по 3 наименований. Опа содержи? 165 страниц, в тс;,! число 125 страниц текста.
