Введение к работе
Актуальность работы
На современном этапе развития микроэлектроники производство интегральных :хем (ИС), обладающих одновременно высоким быстродействием и низким энергопотреблением, приобрело исключительную важность. Это связано с возрастающим спросом на портативные электронные устройства, питающиеся от эатарей и аккумуляторов.
Наряду с этим избыточное энергопотребление ограничивает количество гранзисторов, которое можно интегрировать на одном кристалле, поскольку тепло выделяющееся в процессе работы цифровой ИС, увеличивает вероятность сбоя в ее работе, снижает быстродействие, приводит к необходимости использования дорогостоящих корпусов, снижает долговечность изделия.
Именно по этой причине разработка методов, алгоритмов и САПР ориентированных на снижение энергопотребления, в настоящее время чрезвычайно актуальна и находится в центре внимания разработчиков цифровых ИС.
Поскольку цифровые ИС, управляемые тактовыми импульсами, имеют широкое распространение, до сих пор проблема оптимизации энергопотребления рассматривалась именно для этого типа цифровых ИС. Однако в последнее время растет интерес к асинхронным цифровым ИС. Это обусловлено целым рядом преимуществ асинхронных ИС по отношению к их синхронным аналогам, а именно: низкое энергопотребление;
реализация среднего уровня быстродействия;
легкость повторного использования готовых разработок;
отсутствие асимметрии тактовых сигналов.
Поэтому в диссертационной работе проблема оптимизации энергопотребления сформулирована и решена для асинхронных комбинационных цифровых ИС.
Анализ многочисленных научных источников позволяет утверждать, что проблема оптимизации временных характеристик асинхронных цифровых ИС для снижения энергопотребления до сих пор не рассматривалась.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационного исследования является создание математических моделей, методов, алгоритмов и программных средств параметрической оптимизации временных параметров ЛЭ для снижения уровня энергопотребления асинхронных комбинационных цифровых ИС. Чтобы достичь поставленной цели были, решены следующие задачи:
анализ иерархического процесса проектирования цифровых ИС и выбор соответствующего этапа проектирования для оптимизации уровня энергопотребления проектного варианта ИС на этом этапе;
анализ известных методов оптимизации энергопотребления цифровых ИС и выбор метода, наиболее подходящего для снижения уровня энергопотребления проектного варианта асинхронной комбинационной ИС на выбранном этапе проектирования;
анализ известных моделей ЛЭ с учетом специфики проводимого исследования ориентированного на асинхронные ИС, с целью выбора наиболее адекватной из них, позволяющей максимально точно воспроизвести временные соотношения переходных процессов в реальных ИС;
разработка методики сравнительного анализа эффективности предложенных алгоритмов оптимизации;
формулировка основных требований к программной системе оптимизащп временных характеристик ИС для снижения энергопотребления, учитывающю современные требования, предъявляемые к аналогичным средствам САПР;
разработка структуры программной системы и лингвистического обеспечения позволяющих реализовать все предъявляемые к программной системе требования.
Научная новизна работы
Разработана методика и эвристические алгоритмы оптимизации временны? характеристик цифровых асинхронных ИС на посттопологическом уровне проектирования, направленные на снижение их энергопотребления.
Выработана стратегия совместного применения разработанных алгоритмої оптимизации, позволяющая существенно сократить требуемое для оптимизациі машинное время.
Практическая ценность работы
Разработана программная система оптимизации временных параметров Л2 цифровых ИС, направленная на снижение энергопотребления, отвечающая всел. современным требованиям, которая в отличие от существующих систел ориентирована на асинхронные комбинационные цифровые ИС. Систем; апробирована на ряде цифровых ИС (в том числе ISCAS'85). Результаты апробациі свидетельствуют об эффективности разработанной системы оптимизации.
Основные положения, выносимые на защиту:
метод калибровки ЛЭ как эффективный способ оптимизации временны: параметров ЛЭ для снижения энергопотребления на посттопологическом этап< проектирования;
модель ЛЭ, позволяющая максимально точно воспроизвести временны! соотношения переходных процессов в реальных ИС и в наибольшей степені отвечающая специфике поставленной задачи;
эвристические алгоритмы оптимизации временных параметров ЛЭ на основі метода калибровки ЛЭ для снижения уровня энергопотребления проектноп варианта асинхронной комбинационной ИС на посттопологическом зтапі проектирования;
экспериментальные результаты оптимизации при помощи предложенны) алгоритмов;
стратегия совместного применения разработанных алгоритмов оптимизации которая позволяет существенно сократить машинное время, требуемое дл: оптимизации;
требования к программной системе оптимизации временных параметров ЛЭ;
" структура и лингвистическое обеспечений программной системы, позволяют» реализовать все предъявляемые к ней требования.
Апробация работы
Основные результаты и положения диссертации обсуждались на ежегодны: научных конференциях Государственного Инженерного Университета Армениі (ГИУА) (1997, 1998 и 1999 гг.), на конференции Computer Science and Informatio Technologies 1997г. (CSIT'97), на конференции "Новые информационные технологии системы", 1998г., г. Пенза
Публикации
Материалы диссертации опубликованы в 4-х печатных работах.
Структура и объем работы
