Σχεδιαση Κυκλωματων Vlsi Για Χαμηλη Καταναλωση Ισχυος

Abstract

Στην παρούσα εργασία ασχολούμαστε με τη σχεδίαση κυκλωμάτων VLSI χρησιμοποιώντας εργαλεία της CADENCE, με τελικό στόχο την ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ισχύος που παρουσιάζεται σε τέτοια κυκλώματα. Έτσι δημιουργήθηκαν πρώτα τρανζίστορ και λογικές πύλες, οι οποίες αποτέλεσαν και τη βάση δημιουργίας κυκλωμάτων μεγαλύτερου βαθμού ολοκλήρωσης. Ουσιαστικά μπορούμε να πούμε ότι η εργασία αυτή κινήθηκε προς δύο βασικές κατευθύνσεις, από τις οποίες η δεύτερη είναι άμεσα εξαρτώμενη από την πρώτη. Το πρώτο θέμα στο οποίο επικεντρώνεται η εργασία είναι η εκμάθηση των τρόπων σχεδίασης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων σε διάφορες περιγραφές με τα εργαλεία που προσφέρει η CADENCE. Η ευρεία ανάπτυξη και χρησιμοποίηση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην ανάπτυξη εργαλείων CAD, δηλαδή εργαλείων σχεδίασης με τη χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή. Έτσι, ως πρώτο στόχο της εργασίας είχαμε την παρουσίαση των εργαλείων σχεδίασης της CADENCE, καθώς αυτά αποτελούν μια ευρύτατα διαδεδομένη έκδοση εργαλείων σχεδίασης τόσο ερευνητικά όσο και εμπορικά. Τα εργαλεία αυτά παρέχουν τη δυνατότητα σχεδίασης κυκλωμάτων σε όλες τις υπάρχουσες περιγραφές, και καθιστούν δυνατή την επίτευξη μιας ροής σχεδίασης πλήρως καθορισμένης από το χρήστη, που χρησιμοποιεί ιεραρχικές δομές. Για το σκοπό αυτό δημιουργήθηκαν μια σειρά από απλές διατάξεις σύμφωνα και με τις εκπαιδευτικές απαιτήσεις που είχαμε να ικανοποιήσουμε, και με τον τρόπο αυτό αξιολογήθηκε το κατά πόσο τα εργαλεία της CADENCE είναι εύχρηστα για εκπαιδευτικούς σκοπούς.Στο δεύτερο σκέλος αυτής της εργασίας ασχοληθήκαμε με την κατανάλωση ισχύος των κυκλωμάτων VLSI. Η συνολική κατανάλωση ισχύος στα ψηφιακά κυκλώματα CMOS προκύπτει ως το άθροισμα στατικής και δυναμικής κατανάλωσης ισχύος του κυκλώματος. Η διάκριση μεταξύ τους προκύπτει από τις αιτίες οι οποίες τις προκαλούν, όπου στη μεν στατική κατανάλωση είναι κυρίως τα ρεύματα διαρροής, στη δε δυναμική είναι τα ρεύματα μεταγωγής των στοιχείων του κυκλώματος. Στην παρούσα εργασία μας απασχόλησε η μείωση της δυναμικής κατανάλωσης, καθώς στις τεχνολογίες που εξετάζουμε παίζει πιο σημαντικό ρόλο. Για τη μείωση της δυναμικής κατανάλωσης χρησιμοποιήσαμε τεχνικές παράκαμψης κομματιών λογικής του κυκλώματος όταν αυτά δε συμβάλλουν στη διαμόρφωση του επιθυμητού αποτελέσματος. Με αυτές τις τεχνικές μειώνεται ο αριθμός των μεταβάσεων σε ένα κύκλωμα CMOS καθώς τα κομμάτια λογικής που δεν μας ενδιαφέρουν κατά περίπτωση παρακάμπτονται από τα σήματα εισόδου, με αποτέλεσμα να διατηρούν την αρχική τους κατάσταση. Τέλος έγιναν συγκριτικές προσομοιώσεις σε κυκλώματα πολλαπλασιαστών με και χωρίς την εφαρμογή των τεχνικών αυτών.