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METODOLOGIA DE DISEÑO DE
CIRCUITOS INTEGRADOS
DIGITALES
MANUEL JESÚS BELLIDO DÍAZ
ANGEL BARRIGA BARROS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
GUIÓN DEL TEMA
9 October 2001
➥
INTRODUCCIÓN
➥
METODOLOGÍA DE DISEÑO
➥
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN DE CID
➥
COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
INTRODUCCIÓN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
DEFINICIÓN DE CIRCUITO INTEGRADO
◗
MICROCIRCUITO ELECTRÓNICO IMPLEMENTADO EN UNA PASTILLA DE
MATERIAL SEMICONDUCTOR Y COMPUESTO BÁSICAMENTE POR DOS TIPOS DE
COMPONENTES: TRANSISTORES Y CONEXIONES
◗
❑
QUEDA CARACTERIZADO POR UN PROCESO TECNOLÓGICO
PROCESO TECNOLÓGICO
◗
PROCESO MEDIANTE EL QUE SE FABRICA EL CIRCUITO INTEGRADO. CONSTA
DE UN CONJUNTO DE PROCESOS QUÍMICOS REALIZADOS SOBRE LA OBLEA DE
MATERIAL
SEMICONDUCTOR
(P.EJ.,
ATACADOS,
IMPLANTACIONES,
DEPOSICIONES DE MATERIAL, OXIDACIONES, LITOGRAFÍAS, ETC.) TRAS LOS
CUALES SE OBTIENE COMO RESULTADO EL CIRCUITO INTEGRADO.
◗
CADA UNO DE LOS PROCESOS QUÍMICOS SE APLICA SOBRE LA OBLEA
INTERPONIENDO A ESTA UNA DETERMINADA MÁSCARA QUE SELECCIONA
SOBRE QUE PARTES DE LA OBLEA DEBE REALIZARSE DICHO PROCESO.
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
INTRODUCCIÓN: PROCESO DE FABRICACIÓN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
PASOS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE
UN INVERSOR CMOS
INTRODUCCIÓN: PROCESO DE FABRICACIÓN
PASOS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE
UN INVERSOR CMOS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
INTRODUCCIÓN: PROCESO DE FABRICACIÓN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
PASOS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE
UN INVERSOR CMOS
INTRODUCCIÓN
❑
◗
PUNTO DE PARTIDA DE LA FABRICACIÓN
DE CIRCUITOS INTEGRADOS: EL LAYOUT
LAYOUT: PATRONES GEOMÉTRICOS DEL CONJUNTO DE
CAPAS QUE CARACTERIZAN A UN DETERMINADO
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
PROCESO TECNOLÓGICO
INTRODUCCIÓN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
9 October 2001
OBJETIVO DEL PROCESO DE DISEÑO DE CID:
◗
OBTENER UN LAYOUT QUE RESPONDA A LAS ESPECIFICACIONES DE
FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DIGITAL QUE SE PRETENDE DISEÑAR Y, QUE
EN LA MEDIDA DE LO POSIBLE, ESTE LIBRE DE ERRORES.
❑
CARACTERÍSTICA BÁSICA DE LOS PROCESOS TECNOLÓGICOS
ACTUALES:
◗
ALTA DENSIDAD DE INTEGRACIÓN. CIRCUITOS INTEGRADOS TIPO VLSI.
.
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
INTRODUCCIÓN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
CARACTERÍSTICA BÁSICA DE LOS PROCESOS TECNOLÓGICOS
ACTUALES:
◗
PERMITEN INCORPORAR SISTEMAS DIGITALES MUY COMPLEJOS EN UN ÚNICO
CHIP.
❑
CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO DE DISEÑO DE CID:
◗
GRAN COMPLEJIDAD EN EL DISEÑO.
◗
NECESIDAD DE ESTABLECER UNA METODOLOGÍA PARA DESARROLLAR EL
PROCESO DE DISEÑO CORRECTAMENTE.
❑
CONDICIONANTES DE LA METODOLOGÍA DE DISEÑO:
◗
REQUERIMIENTOS DE LOS PRODUCTOS ELECTRÓNICOS.
◗
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN DE CID
◗
HERRAMIENTAS SOFTWARE DISPONIBLES PARA REALIZAR EL DISEÑO
9 October 2001
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
GUIÓN DEL TEMA
9 October 2001
➥
INTRODUCCIÓN
➥
METODOLOGÍA DE DISEÑO
●
NIVELES DE DESCRIPCCIÓN
•
•
•
•
NIVEL DE ARQUITECTURA
NIVEL DE TRANSFERENCIA ENTRE REGISTROS
NIVEL DE CONMUTACIÓN
NIVEL GEOMÉTRICO
●
MÉTODO “TOP-DOWN”
●
VERIFICACIÓN
●
SÍNTESIS AUTOMÁTICA Y ENTORNOS INFORMATICOS DE
AYUDA AL DISEÑO
➥
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN DE CID
➥
COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
METODOLOGÍA DE DISEÑO
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
NIVELES DE DESCRIPCCIÓN:
NIVEL ARQUITECTURAL
NIVEL DE TRANSFERENCIA ENTRE REGISTROS
NIVEL DE CONMUTACIÓN
NIVEL GEOMÉTRICO
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
METODOLOGÍA DE DISEÑO: NIVEL ARQUITECTURAL
❑
ENTRADA: ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA DIGITAL QUE SE VA A
DISEÑAR
❑
DISEÑO ARQUITECTURAL:
◗
REPRESENTACIÓN ESTRUCTURAL A NIVEL DE BOQUES FUNCIONALES
◗
DESCRIPCIÓN DEL COMPORTAMIENTO IDENTIFICANDO LA OPERACIÓN DE
CADA UNO DE LOS BLOQUES DE LA REPRESENTACIÓN ESTRUCTURAL
✷
BLOQUES FUNCIONALES:
❍
UNIDADES DE MEMORIA, INTERFASES DE ENTRADA-SALIDA, UNIDADES DE
PROCESADO, UNIDADES DE CONTROL.
✷
EJEMPLO DE DISEÑO EN EL NIVEL ARQUITECTURAL
❍
ESPECIFICACIÓN DEL SISTEMA DIGITAL: SISTEMA COMPUTADOR QUE PUEDA
EJECUTAR PROGRAMAS SIMPLES CON OPERACIONES DE SUMA, RESTA Y
ALMACENAMIENTO DE DATOS DE UNA MEMORIA, EN LA QUE TAMBIÉN ESTA
ALMACENADO EL PROGRAMA
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
METODOLOGÍA DE DISEÑO: NIVEL ARQUITECTURAL
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
CS1: REPRESENTACIÓN ESTRUCTURAL
RI
MEMORIA
XS
XS
UNIDAD DE
CONTROL
UNIDAD DE
DATOS
CS1: REPRESENTACIÓN FUNCIONAL
MNEMÓNICO
INSTRUCCIÓN
STOP
00 - - - - - -
ADD($A)
01AAAAAA
SUB($A)
10AAAAAA
STA($A)
11AAAAAA
9 October 2001
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
METODOLOGÍA DE DISEÑO: TRANSFERENCIA ENTRE REGISTROS (RT)
9 October 2001
❑
ENTRADA: DISEÑO ARQUITECTURAL
❑
DISEÑO DE TRANSFERENCIA ENTRE REGISTROS:
◗
REPRESENTACIÓN ESTRUCTURAL DE CADA UNO DE LOS SUBSISTEMAS A
NIVEL DE COMPONENTES RT.
◗
DESCRIPCIÓN DEL COMPORTAMIENTO IDENTIFICANDO LA TRANSFERENCIA DE
DATOS ENTRE LOS REGISTROS QUE PERMITEN REALIZAR LAS OPERACIONES
DEL SISTEMA
✷
COMPONENTES RT:
❍
DE ALMACENAMIENTO DE DATOS: REGISTROS, CONTADORES, PALABRAS DE
UNA MEMORIA, ETC
❍
DE PROCESAMIENTO DE DATOS: SUMADORES, ALU, MULTIPLEXORES, ETC
❍
DE CONEXIÓN DE COMPONENTES: BUSES DE DATOS, BUSES DE CONTROL
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
METODOLOGÍA DE DISEÑO: TRANSFERENCIA ENTRE REGISTROS
❑
CS1: REPRESENTACIÓN ESTRUCTURAL
❑
CS1: REPRESENTACIÓN FUNCIONAL
STOP
ADD($A)
SUB($A)
STA($A)
MAR PC
MAR PC
MAR PC
MAR PC
IR RAM
PC PC + 1
IR RAM
PC PC + 1
IR RAM
PC PC + 1
IR RAM
PC PC + 1
NOP
MAR IR
MAR IR
MAR IR
T
T
RAM
AC
RAM
AC + T
AC
RAM
AC
AC - 1
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
METODOLOGÍA DE DISEÑO: NIVEL DE CONMUTACIÓN
9 October 2001
❑
ENTRADA: DISEÑO RT
❑
DISEÑO DE CONMUTACIÓN:
◗
CIRCUITO DIGITAL CONSTRUIDO CON PUERTAS LÓGICAS Y BIESTABLES.
◗
OPERACIÓN ANIVEL DE BITS EN VEZ DE DATOS. SE MANEJAN SEÑALES EN VEZ
DE BUSES.
◗
DESCRIPCCIÓN DEL COMPORTAMIENTO A NIVEL DE TABLAS DE ESTADO
(ELEMENTOS
SECUENCIALES)
O
TABLAS
DE
VERDAD
(ELEMENTOS
COMBINACIONALES).
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
METODOLOGÍA DE DISEÑO: NIVEL DE CONMUTACIÓN
CS1: DISEÑO DEL REGISTR MAR
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
TPC TIR
0
0
1
1
0
1
0
1
Qi
qi
IRi
PCi
CAN_0
SAL
N_1
SEL
9 October 2001
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
METODOLOGÍA DE DISEÑO: NIVEL GEOMÉTRICO
9 October 2001
❑
ENTRADA: DISEÑO A NIVEL DE PUERTAS LÓGICAS
❑
DISEÑO GEOMÉTRICO:
◗
OBTENCIÓN DEL LAYOUT: PATRÓN GEOMÉTRICO DEL CONJUNTO DE CAPAS
QUE PERTENECEN A UN DETERMINADO PROCESO TECNOLÓGICO.
◗
EL
LAYOUT
FINAL
DEPENDE
FUERTEMENTE
DE
LA
TÉCNICA
DE
IMPLEMENTACIÓN UTILIZADA PARA FABRICAR EL CIRCUITO INTEGRADO.
◗
TAREAS BÁSICAS DE CONSTRUCCIÓN DEL LAYOUT:.
•
•
•
CONSTRUCCIÓN DE LAS CELDAS DE LOS COMPONENTES
LÓGICOS
COLOCACIÓN DE LAS CELDAS (PLACEMENT)
CONEXIONADO DE CELDAS (ROUTING)
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
METODOLOGÍA DE DISEÑO: MÉTODO TOP-DOWN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
REPRESENTACIONES ESTRUCTURALES Y DESCRIPCIONES DE COMPORTAMIENTO
NIVEL ARQUITECTURAL
NIVEL DE TRANSFERENCIA ENTRE REGISTROS
NIVEL DE CONMUTACIÓN
NIVEL GEOMÉTRICO
9 October 2001
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METODOLOGÍA DE DISEÑO: MÉTODO BOTTOM-UP
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
DESCRIPCIONES FÍSICAS
9 October 2001
NIVEL ARQUITECTURAL
NIVEL DE TRANSFERENCIA ENTRE REGISTROS
NIVEL DE CONMUTACIÓN
NIVEL GEOMÉTRICO
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
METODOLOGÍA DE DISEÑO: MÉTODO TOP-DOWN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
NIVEL ARQUITECTURAL
VERIFICACIÓN
NIVEL DE TRANSFERENCIA ENTRE REGISTROS
VERIFICACIÓN
NIVEL DE CONMUTACIÓN
VERIFICACIÓN
NIVEL GEOMÉTRICO
VERIFICACIÓN
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
METODOLOGÍA DE DISEÑO: VERIFICACIÓN
❑
NIVEL ARQUITECTURAL:
◗
ANÁLISIS
FUNCIONAL
DE
LA
ARQUITECTURA PARA COMPROBAR QUE
SE AJUSTA A LAS ESPECIFICACIONES DEL
SISTEMA.
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
NIVEL DE TRANSFERENCIA ENTRE
REGISTROS:
◗
ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL
DISEÑO CICLO DE RELOJ A CICLO DE
RELOJ PERO SIN INCLUIR LOS RETRASOS
DE PROPAGACIÓN DE LOS COMPONENTES
DEL SISTEMA.
❑
NIVEL DE CONMUTACIÓN:
◗
ANÁLISIS DE DISEÑO INCLUYENDO YA
LOS RETRASOS DE PROPAGACIÓN DE LOS
DISPOSITIVOS QUE FORMAN PARTE DEL
SISTEMA.
❑
NIVEL GEOMÉTRICO:
◗
CHEQUEO DE REGLAS DE DISEÑO Y
ELÉCTRICAS.
◗
EXTRACCIÓN Y COMPARACIÓN CON EL
NIVEL LÓGICO.
◗
PROCESO DE BACK-ANNOTATION
METODOLOGÍA DE DISEÑO: HERRAMIENTAS DE CAD
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
❑
SÍNTESIS AUTOMÁTICA: PERMITEN RECORRER DE FORMA
AUTOMÁTICA TODO EL PROCESO DE DISEÑO
◗
ENTRADA: ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA.
◗
SALIDA: LAYOUT FINAL
ENTORNOS INFORMÁTICOS DE AYUDA AL DISEÑO DE CID
◗
HERRAMIENTAS DE SÍNTESIS Y VERIFICACIÓN DE LOS DIFERENTES NIVELES.
◗
LENGUAJES DE DESCRIPIÓN DE HARDAWARE (HDL‘s)
◗
HERRAMIENTAS MÁS USUALES:
•
•
•
•
•
•
•
•
9 October 2001
SÍNTESIS LÓGICA
SIMULADORES FUNCIONALES
SIMULADORES LÓGICO-TEMPORALES
SÍNTESIS DE LAYOUT
EDITORES Y GENERADORES DE LAYOUT
CHEQUEADORES DE REGLAS
EXTRACTORES DE LAYOUT
COMPARADORES LÓGICOS
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
GUIÓN DEL TEMA
9 October 2001
➥
INTRODUCCIÓN
➥
METODOLOGÍA DE DISEÑO
➥
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN DE CID
●
FULL-CUSTOM
●
SEMI-CUSTOM
•
•
●
➥
CELDAS ESTÁNDARES
MATRIZ DE PUERTAS
DISPOSITIVOS PROGRAMABLES: FPGA‘s
COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: FULL-CUSTOM
9 October 2001
❑
DISEÑO COMPLETAMENTE A MEDIDA:
◗
CONSTRUCCIÓN DEL ESQUEMÁTICO A NIVEL DE TRANSISTORES.
◗
CONSTRUCCIÓN DEL LAYOUT.
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: FULL-CUSTOM
9 October 2001
NIVEL DE CONMUTACIÓN
VERIFICACIÓN
NIVEL DE TRANSISTORES
VERIFICACIÓN
NIVEL GEOMÉTRICO
VERIFICACIÓN
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: FULL-CUSTOM
9 October 2001
❑
DISEÑO DEL MULTIPLEXOR 2:1
❑
VERIFICACIÓN DEL MULTIPLEXOR 2:1
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: FULL-CUSTOM
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TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: FULL-CUSTOM
DISEÑO DEL MULTIPLEXOR 2:1
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
AREA DEL DISEÑO:
670µM2
9 October 2001
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: FULL-CUSTOM
9 October 2001
❑
VENTAJAS:
◗
❑
CIRCUITO INTEGRADO DE MUY ALTAS PRESTACIONES.
INCONVENIENTES:
◗
NECESIDAD DE MUCHOS RECURSOS Y AUMENTO EXCESIVO DEL TIEMPO DE
DISEÑO.
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN
9 October 2001
➥
INTRODUCCIÓN
➥
METODOLOGÍA DE DISEÑO
➥
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN DE CID
●
FULL-CUSTOM
●
SEMI-CUSTOM
•
•
●
➥
CELDAS ESTÁNDARES
MATRIZ DE PUERTAS
DISPOSITIVOS PROGRAMABLES: FPGA‘s
COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: SEMI-CUSTOM
NIVEL ARQUITECTURAL
VERIFICACIÓN
NIVEL DE TRANSFERENCIA ENTRE REGISTROS
VERIFICACIÓN
NIVEL DE CONMUTACIÓN
VERIFICACIÓN
GENERACIÓN AUTOMÁTICA
LAYOUT
9 October 2001
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: SEMI-CUSTOM
➥
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN DE CID
●
FULL-CUSTOM
●
SEMI-CUSTOM
•
•
●
CELDAS ESTÁNDARES
MATRIZ DE PUERTAS
DISPOSITIVOS PROGRAMABLES: FPGA‘s
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: CELDAS ESTÁNDARES
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
9 October 2001
CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO CON CELDAS ESTÁNDARES:
◗
EL FABRICANTES PONE A DISPOSICIÓN DEL DISEÑADOR UNA LIBRERÍA CON
LAS CELDAS DE LAYOUT DE LOS DISPOSITIVOS LÓGICOS
◗
❑
EXISTEN HERRAMIENTAS DE GENERACIÓN AUTOMÁTICA DE LAYOUT.
PROCESO DE GENERACIÓN DEL LAYOUT:
◗
SE GENERA A PARTIR DEL DISEÑO A NIVEL DE CONMUTACIÓN Y CON LAS
CELDAS DE LAYOUT DE LOS COMPONENTES DE ESE DISEÑO
◗
◗
SE REALIZAN DOS TAREAS:
•
COLOCACIÓN DE CELDAS
•
CONEXIÓN ENTRE LAS CELDAS
LAS TAREAS DE PLACEMENT Y ROUTING ESTÁN AUTOMATIZADAS:
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: CELDAS ESTÁNDARES
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
TIPOS DE CELDAS ESTÁNDARES:
◗
BLOQUES LÓGICOS BÁSICOS: PUERTAS Y BIESTABLES
◗
SUBSISTEMAS COMBINACIONALES: DECODIFICADORES, MULTIPLEXORES, etc
◗
SUBSISTEMAS SECUENCIALES: REGISTROS, CONTADORES
◗
MACROCELDAS: RAMs, FIFOs, ROMs, etc
A B
Y
VDD
ALTURA
ESTÁNDAR
A
Y
B
VSS
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: CELDAS ESTÁNDARES
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
9 October 2001
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL LAYOUT:
◗
FILAS DE LA MISMA ANCHURA DE CELDAS ESTÁNDARES ADOSADAS
◗
ESPACIO ENTRE LAS FILAS DEDICADO A CANALES DE INTERCONEXIÓN ENTRE
CELDAS
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: CELDAS ESTÁNDARES
EJEMPLO DE LAYOUT CON MACROCELDAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: CELDAS ESTÁNDARES
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
9 October 2001
EJEMPLO DE DISEÑO CON CELDAS ESTÁNDARES: MULTIPLEXOR 2:1
A
IN
Y
OUT
B
AB Y
MULTIPLEXOR
ÁREA TOTAL
3500µM2
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: CELDAS ESTÁNDARES
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
❑
VENTAJAS:
◗
ELIMINA LA NECESIDAD DEL DISEÑO A NIVEL DE TRANSISTORES
◗
REDUCE FUERTEMENTE EL TIEMPO TOTAL DE DISEÑO
INCONVENIENTES:
◗
AUMENTA EL ÁREA TOTAL OCUPADA POR EL DISEÑO
◗
NO SE CONTROLAN ASPECTOS DEL COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE LAS
CELDAS: SE PIERDE VELOCIDAD DE OPERACIÓN
9 October 2001
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: SEMI CUSTOM
9 October 2001
➥
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN DE CID
●
FULL-CUSTOM
●
SEMI-CUSTOM
•
•
●
CELDAS ESTÁNDARES
MATRIZ DE PUERTAS
DISPOSITIVOS PROGRAMABLES: FPGA‘s
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: MATRIZ DE PUERTAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL DISEÑO CON MATRIZ DE PUERTAS
◗
LAS OBLEAS ESTÁN PREFABRICADAS
◗
INTERCONEXIÓN ENTRE TRANSISTORES: CAPAS DE METALIZACIÓN
◗
SE DISPONE DE LIBRERÍAS DE DISPOSITIVOS LÓGICOS
Vdd
IN_2
IN_1
OUT
Vss
❑
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL LAYOUT DE MATRIZ DE PUERTAS
◗
PROCESO CMOS: OBLEA SIN METALIZAR: FILAS DE TRANSISTORES PMOS Y
NMOS
◗
9 October 2001
OBLEA METALIZADA: CON VARIOS NIVELES DE INTERCONEXIÓN
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: MATRIZ DE PUERTAS
EJEMPLO DE LAYOUT CON MATRIZ DE PUERTAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: MATRIZ DE PUERTAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
DETALLE DEL LAYOUT: NIVELS DE INTERCONEXIÓN
nivel de
interconexión
Vdd
transistores PMOS
nivel de
interconexión
transistores NMOS
GND
nivel de
interconexión
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: MATRIZ DE PUERTAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
9 October 2001
EJEMPLO DE DISEÑO CON MATRIZ DE PUERTAS: MULTIPLEXOR 2:1
AREA DEL DISEÑO:
4100µM2
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TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: MATRIZ DE PUERTAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
VENTAJAS:
◗
LAS OBLEAS ESTÁN PREFABRICADAS
◗
SE REDUCE EL TIEMPO DE FABRICACIÓ
◗
LAS OBLEAS PREFABRICADAS SIRVEN PARA DIFERENTES DISEÑOS: SE
REDUCEN LOS COSTES
❑
INCONVENIENTES:
◗
SE PIERDEN PRESTACIONES: ÁREA, VELOCIDAD...
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN: SEMI CUSTOM
9 October 2001
➥
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN DE CID
●
FULL-CUSTOM
●
SEMI-CUSTOM
•
•
●
CELDAS ESTÁNDARES
MATRIZ DE PUERTAS
DISPOSITIVOS PROGRAMABLES: FPGA‘s
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN:DISPOSITIVOS PROGRAMABLES. FPGAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL DISEÑO CON DISPOSITIVOS LÓGICOS
PROGRAMABLES:
◗
CIRCUITO INTEGRADO FABRICADO PREPARADO PARA SER PROGRAMADO
◗
SE CAMBIA EL LAYOUT FINAL POR UN FICHERO DE CONFIGURACIÓN DEL
DISPOSITIVO
❑
ELECCIÓN DE LA FPGA COMO DISPOSITIVO PROGRAMABLE
◗
MAYOR
DENSIDAD
DE
INTEGRACIÓN
QUE
OTROS
DISPOSITIVOS
PROGRAMABLES
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN:DISPOSITIVOS PROGRAMABLES. FPGAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
METODOLOGÍA DE DISEÑO CON FPGAS
NIVEL ARQUITECTURAL
VERIFICACIÓN
NIVEL DE TRANSFERENCIA ENTRE REGISTROS
VERIFICACIÓN
NIVEL DE CONMUTACIÓN
VERIFICACIÓN
PASO AUTOMÁTICO
PROGRAMACIÓN
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN:DISPOSITIVOS PROGRAMABLES. FPGAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
CARACTERÍSTICAS DE LA PROGRAMACIÓN DEL FPGA
◗
EL PROGRAMA ES UN FICHERO QUE ALMACENA UN CADENA DE BITS
◗
ESTA CADENA DE BITS SE ALMACENA EN UNA RAM INTERNA DE LA FPGA LA
CUAL CONFIGURA LA MATRIZ DE CONEXIONES DE LOS DISPOSITIVOS LÓGICOS
❑
CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
◗
LA FUNCIONALIDAD DE LA FPGA QUEDA DETERMINADA POR EL DISEÑO
REALIZADO E IMPLEMENTADO MEDIANTE EL ADECUADO FICHERO DE
CONFIGURACIÓN
◗
EN GENERAL, LA PROGRAMACIÓN SE MANTIENE MIENTRAS DURE LA
ALIMENTACIÓN PUDIENDO REPROGRAMARSE TANTAS VECES COMO SE
QUIERA.
◗
LA VERIFICACIÓN DEL DISEÑO SE PUEDE REALIZAR SOBRE EL PROPIO CHIP SIN
COSTE DE TIEMPO DE ESPERA PARA LA FABRICACIÓN
9 October 2001
/mnt/cnm/bellido/FRAMEMAKER/SEMINARIOS/MET_DISENO_ALLIANCE/met_dis.doc
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN:DISPOSITIVOS PROGRAMABLES. FPGAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
9 October 2001
ESTRUCTURA INTERNA A NIVEL LÓGICO DE LAS FPGA
IOBs
CLBs
ESQUEMA LÓGICO DE UN IOB
ESQUEMA LÓGICO DE UN CLB
(FAMILIA XC300 DE XILINX)
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TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN:DISPOSITIVOS PROGRAMABLES. FPGAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
ESTRUCTURA INTERNA : MATRICES DE INTERCONEXIÓN
Matrices de
conmutación
y
canales de
conexionado
9 October 2001
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TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN:DISPOSITIVOS PROGRAMABLES. FPGAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
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PROCESO DE GENERACIÓN DEL FICHERO DE CONFIGURACIÓN:
◗
1.- DISTRIBUCIÓN DEL DISEÑO EN LAS CLBs
◗
2.- PROGRAMACIÓN DE LA MATRIZ DE CONMUTACIÓN: ESTABLECER CANALES
DE CONEXIÓN
❑
TAREAS AUTOMATIZADAS ATRAVÉS DEL SOFTWARE QUE
PROPORCIONA EL FABRICANTE DE LAS FPGA
❑
EJEMPLO DE FAMILIAS DE FPGAS: XILINX
FAMILIA
PUERTAS
EQUIVALENTES
CLBs
IOBs
XC2000
1200 A 1800
64 A 100
58 A 74
XC3000
2000 A 9000
64 A 320
64 A 144
XC4000
2000 A 20000
64 A 900
64 A 240
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TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN:DISPOSITIVOS PROGRAMABLES. FPGAS
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
VENTAJAS:
◗
❑
SE ELIMINA EL TIEMPO DE FABRICACIÓN
INCONVENIENTES:
◗
LAS CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DEPENDEN DEL CHIP DE FPGA DE QUE
SE DISPONGA
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CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
GUIÓN DEL TEMA
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■
INTRODUCCIÓN
■
METODOLOGÍA DE DISEÑO
■
TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN DE CID
■
COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN
●
FACTORES DE TIPO TÉCNICO
●
FACTORES DE TIPO ECONÓMICO
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COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
FACTORES DE TIPO TÉCNICO:
F-C
CE
MP
FPGA
FACILIDADES DE DISEÑO Y FABRICACIÓN
PROCESO
DE DISEÑO
ARQUITECTURA
ARQUITECTURA
ARQUITECTURA
ARQUITECTURA
RT
CONMUTACIÓN
RT
CONMUTACIÓN
RT
CONMUTACIÓN
RT
CONMUTACIÓN
ELÉCTRICO
LAYOUT
CONSTRUCCIÓN DE
TRANSISTORES
CONSTRUCCIÓN DE
TRANSISTORES
CAPAS DE
METALIZACIÓN
CAPAS DE
METALIZACIÓN
PROCESO DE
FABRICACIÓN
CAPAS DE
METALIZACIÓN
PRESTACIONES
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COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
FACTORES DE TIPO ECONÓMICO
COSTE TOTAL
◗
GASTOS DE DISEÑO
COSTE DEL PRIMER PROTOTIPO
◗
COSTE UNITARIO (C.U.):
COSTE POR UNIDAD GENERADO DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIÓN Y
TESTADO
◗
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COSTE DE DESARROLLO (C.D.):
COSTE TOTAL= C.D. + C.U. X Nª DE UNIDADES
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COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
FACTORES DE TIPO ECONÓMICO
F-C
CE
MP
FPGA
COSTE DE DESARROLLO
PROCESO
DE DISEÑO
ARQUITECTURA
ARQUITECTURA
ARQUITECTURA
ARQUITECTURA
RT
CONMUTACIÓN
RT
CONMUTACIÓN
RT
CONMUTACIÓN
RT
CONMUTACIÓN
ELÉCTRICO
LAYOUT
CONSTRUCCIÓN DE
TRANSISTORES
CONSTRUCCIÓN DE
TRANSISTORES
CAPAS DE
METALIZACIÓN
CAPAS DE
METALIZACIÓN
PROCESO DE
FABRICACIÓN
CAPAS DE
METALIZACIÓN
COSTE UNITARIO
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COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE IMPLEMENTACIÓN
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES
METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
❑
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FACTORES DE TIPO ECONÓMICO
COSTE RELATIVO
POR UN IDAD
FPGAs
FPGAs
M. P.
M. P.
C. E.
10
100
1000
C. E.
F-C
F-C
10000
VOL. TIRADA
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