طراحي و شبيه سازي رابط و خط لوله ي درون تراشه اي پرسرعت كشسان

كارشناسي ارشد

همين¬طور كه سامانه¬هاي چندهسته¬اي به سمت سامانه¬هايي با هسته¬هاي خيلي زياد پيش مي¬روند، پارامترهاي ترانزيستورها و همچنين، تأخير سيم¬هاي سراسري نقش مهم¬تري در طراحي مدار پيدا مي-كنند. تغييرات فرآيند ساخت ، ولتاژ و دما، مصرف بيش از پيش توان و پيچيدگي مدارها از مهمترين موانع طراحي موفق مدارهاي امروزي هستند. نياز به سرعت¬ بالا در سامانه¬هاي درون تراشه¬ي امروزي، اتصال¬هاي مياني سراسري را به يك گلوگاه اصلي تبديل كرده است. راه¬هاي متفاوتي براي افزايش سرعت گذرگاه¬ها و رابط¬هاي بلند درون¬تراشه¬اي وجود دارد. استفاده از تكراركننده¬ها و بازسازنده¬ها راه¬حل¬هايي براي افزايش سرعت انتقال داده بر روي رابط¬هاي بلند مي¬باشند. اما در برخي كاربردها از قبيل صف¬هاي موجود در پردازنده‌ها و راهياب¬هاي شبكه يا سامانه روي تراشه¬ها، علاوه بر سرعت زياد، به توان عملياتي بالا نيز نياز مي¬باشد. در اين¬گونه طرح¬ها از روش¬هايي مانند خط‌لوله‌اي كردن به منظور افزايش توان عملياتي استفاده مي¬كنيم. در بخش اول اين پايان¬نامه، يك طرح بازسازنده ¬ي كشسان تركيبي كم¬نوسان و خودزمان به منظور افزايش سرعت انتقال سيگنال¬هاي كشسان¬ روي خطوط بلند ارائه مي¬شود. طرح پيشنهادي براي انتقال سيگنال روي خطوط اتصال مياني با طول 10 ميلي¬متر، شبيه¬سازي شده است. در مقايسه با طرح جاگذاري تكراركننده¬ها، تا 23.2% بهبود توان مصرفي (در حالت تأخير-يكسان) و تا 39.1% بهبود تأخير (در حالت توان-يكسان) بدست آمده است. همچنين، حاصل¬ضرب انرژي-تأخير تا 21.5% و 31% به ترتيب براي حالت‌هاي تأخير-يكسان و توان-يكسان بهيود يافته است. به علاوه، سطح مصرفي تا %36.3 كاهش داشت. قابليت اطمينان مدار پيشنهادي با استفاده از روشي آماري و با در نظر گرفتن تغييرات ولتاژ تغذيه و فرآيند ساخت، و نويز هم¬شنوايي بين خطوط اتصال مياني بررسي شده است. طرح پيشنهادي نسبت به طرح بازسازنده¬ي اوليه، نسبت سيگنال به نويز را به ميزان 3.7% بهبود داده است. در بخش دوم اين پايان¬نامه، خانواده¬ي جديدي از خط¬لوله¬هاي كشسان¬ همگام با عنوان خط¬لوله¬هاي كشسان¬ پويا با كارآيي بالا، كه خانواده¬ي منطق پويا را به كار مي¬گيرند، پيشنهاد مي¬شود. خط¬لوله¬ي ناهمگام شناخته¬شده¬ي PS0 و همچنين، خط¬لوله¬ي كشسان ايستا ي اوليه به عنوان نقاط شروع مورد استفاده قرار گرفته، اما با اعمال بهينه¬سازي¬هايي در مدار كنترل، بهبودهاي قابل توجهي به دست آمده است. دو خط¬لوله¬ي يك¬رديفه و دورديفه پيشنهاد شده¬اند. طرح خط¬لوله¬ي يك¬رديفي پيشنهادي نسبت به خط‌لوله¬ي يك‌رديفي اوليه، فركانس را به ميزان 52.4% (3.2 گيگاهرتز) بهبود مي¬دهد. همچنين، خط¬لوله¬ي يك¬رديفه پيشنهادي سطح اشغال¬شده و انرژي متناظر با انتقال هر داده را به ترتيب 23.6% و 17.4% بهبود مي¬دهد. در مقايسه با طرح ناهمگام دورديفه، طرح پيشنهادي دورديفه به ميزان 19.1% توان عملياتي را بهبود مي¬دهد. در نهايت، تمامي طرح¬هاي پيشنهادي در فن¬آوري 90 نانومتر CMOS و با ولتاژ تغذيه¬ي 1 ولت شبيه-سازي شده¬اند.

189581

دانشگاه علم و صنعت ايران

الكترونيك

دكتر عبدالرضا رحمتي - دكتر سوده عقلي مقدم