复杂数字系统设计方法

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1、复杂数字系统设计方法李曦Infolab.cs.ustcHardwareandsoftwaredesignEstablishsystemrequirementsPartitionrequirementsSoftwareHardwarerequirementsrequirementsSoftwareHardwaredesigndesignllxx@ustc.edu.cn2/125主要内容•目的–理解现代数字系统设计的过程和方法•内容–芯片制造流程–EDA方法–ASIC与FPGA–可重构计算–基于IP的设计–SO

2、C设计–ASIP设计–基于ADL的设计方法llxx@ustc.edu.cn3/125电子系统——智能手机llxx@ustc.edu.cn4/125电子系统设计•电子系统分类•板级设计–模拟系统–印刷电路板PCB–数字系统•Protel2000•通用集成电路–电路模拟•专用集成电路•SPICE–模数混合系统•专用芯片设计–MAXplusII•现代EDA方法特征–设计自动化与并行化•采用统一的数据库，使得一个软件工具的执行结果马上可被另一个软件工具所使用–成果规范化•均采用HDL语言描述设计llxx@ustc.

3、edu.cn5/125半导体芯片的生產流程•IC設計•IC製造（Foundry）•IC封裝–切割及封裝，封裝廠•IC測試–晶圓測試（WaferProbe）：对生產的晶圓進行測試•电气性能测试–成品測試（FinalTest）：质量检查llxx@ustc.edu.cn6/125芯片制造•几何设计（版图设计）•光刻–在硅片上刻划•生成晶体管，互连8IC制造工艺进步•KAMetal.:EDACHALLENGESFACINGFUTUREMICROPROCESSORDESIGN•IEEETRANSACTIONSONCO

4、MPUTERAIDEDDESIGNOFINTEGRATEDCIRCUITSANDSYSTEMS,VOL.19,NO.12,DECEMBER2000llxx@ustc.edu.cn9/125EDA设计•设计任务–系统设计–逻辑设计–电路设计–参数设计–版图设计–PCB设计–功能仿真–自动测试–。。。•前端设计–芯片逻辑–模拟验证•后端设计–VLSI版图验证–器件设计llxx@ustc.edu.cn10/125系统级设计描述形式Gajski’sY-chartStructuralBehavior•行为表示Proc

5、essors,memoriesSequentialprograms–系统完成的功能Registers,FUs,MUXsRegistertransfersGates,flip-flopsLogicequations/FSM–采用黑盒模型，描述系统的TransistorsTransferfunctions功能CellLayout•将黑盒的行为描述为输入值Modules和终止时间的函数Chips•结构表示BoardsPhysical–描述系统的实现•定义系统组件及其互连关系•物理表示–描述组件之间的空间关系等物理

6、属性llxx@ustc.edu.cn11/125芯片设计——行为到结构的映射物理特征行为特征系统级寄存器传输级性能、算法逻辑门级芯面安排传输方程平面布局电路级布尔方程系统模拟单元布局版图级微分方程(开关级)行为综合掩膜几何功能模拟（高层综合）版图综合逻辑模拟Transistorgate、ff定时分析逻辑综合•问题域Reg、ALU•设计层次•描述方法电路模拟PMS单元•综合技术•仿真技术结构特征12/125设计层次•处理器级（体系结构级、行为级、系统级）–部件：CPU、MEM、I/O设备、BUS•RTL级–部

7、件•组合电路：多路开关、译码/编码器、加法器、ALU、PLD、wordgates•时序电路：寄存器、移位寄存器、计数器、PLD•门级（逻辑级）–部件：逻辑门、触发器llxx@ustc.edu.cn13/125设计描述的不同层次金属层P型晶体管多晶硅层SQ扩散层输入输出输入输出QRN型晶体管电路级逻辑门级版图级（CMOS反向器）遥控发射接收放大中心处理输入锁存MUX锁存输出数据存储被控系统时钟A时钟B运算本地系统寄存器级系统级llxx@ustc.edu.cn14/125面临的问题•产品规模越来越大–1000万

8、等效门（几千万晶体管）•功能越来越复杂–正确性保证•验证、仿真、测试•设计周期TTM–高层次综合–复用（IP）llxx@ustc.edu.cn15/125设计能力•传统设计能力的度量：每天提交的门数–1981芯片容量为10,000个晶体管•需要100个设计师工作一个月–2002芯片容量达到1亿五千万个晶体管•需要30,000个设计师工作一个月（150,000,000/5,000transistors/month）