PODSTAWY MIKROELEKTRONIKI:  wykład 2 cz. 1


Streszczenie

Wroc

Projektowanie: zarys problematyki

Projektowanie układów scalonych składa się z wielu etapów. W przypadku układu cyfrowego są to:
W przypadku układów analogowych nie ma oczywiście projektu logicznego.

Końcowym produktem procesu projektowania układu jest zestaw masek fotolitograficznych, przu użyciu których można wyprodukować układ. Na każdym z tych etapów projektant układu dysponuje oprogramowaniem komputerowym wspomagającym projektowanie oraz weryfikację poprawności projektu.


Podstawową trudnością w projektowaniu jest ogromna ilość informacji, jaką należy wytworzyć i przetwarzać. Ilość informacji rośnie w miarę przechodzenia od opisu funkcji układu aż do jego topografii. Określenie funkcji układu może polegać na napisaniu opisu w jednym z języków opisu sprzętu (ang. hardware description language - HDL; najczęściej używane są języki Verilog i VHDL). Taki opis nawet dla bardzo skomplikowanego układu może zawierać zaledwie kilkaset do kilku tysięcy linii kodu, co odpowiada kilku-kilkunastu kB informacji. Współcześnie projektowane układy mogą liczyć od kilkudziesięciu tysięcy do kilkudziesięciu milionów tranzystorów. Strukturę jednego tranzystora MOS o najprostszym kształcie określa co najmniej 6 prostokątów (nie licząc wysp oraz połączeń). Prostokąt na płaszczyźnie można opisać matematycznie co najmniej 4 liczbami (np. podając współrzędne środka oraz długość i szerokość). Dla jednego tranzystora daje to 24 liczby. Jeśli są to liczby 32-bitowe, opis jednego tranzystora to 96 bajtów. Zatem opis układu mającego milion tranzystorów ma objętość rzędu 100 MB. Jeżeli wszystkie te tranzystory miałyby być zaprojektowane, rozmieszczone i połączone "ręcznie" (tj. przez projektanta, ale na ekranie komputera przy użyciu odpowiedniego programu graficznego), to należy liczyć około 1 godziny pracy na jeden tranzystor. Oznacza to pracochłonność około 7 osobo-miesięcy dla tysiąca tranzystorów, ale około 600 osobo-lat dla 1 miliona tranzystorów. Dla najbardziej złożonych układów (procesor Pentium 4 - ponad 40 milionów tranzystorów) otrzymujemy pracochłonność rzędu dziesiątków tysięcy osobo-lat. Jest oczywiste, że projektowanie nie jest możliwe bez użycia metod zmniejszających pracochłonność o wiele rzędów wielkości oraz programów komputerowych implementujących te metody.

Wielkim problemem jest także zapewnienie poprawności projektu. Człowiek w swoich działaniach popełnia przeciętnie około 2% błędów - można łatwo policzyć ile błędów musiałby zawierać projekt liczący milion tranzystorów.  Dlatego programy komputerowe nie tylko wspomagają projektowanie, ale i zapewniają kontrolę poprawności projektu na wszystkich etapach projektowania.

Wroc
Dalej


sem. 08L