ELETTRONICA DIGITALE
A.A. 2003 - 2004
prof. Alessandro Paccagnella
DEI, Università di Padova
e-mail: [email protected]
tel. 049-827.7686
Organizzazione del Corso/1
Libro di riferimento (per tutti):
F. Fummi, M.G. Sami, C. Silvano: “Progettazione digitale”,
McGraw-Hill, 2002
Supporto web: http://www.ateneonline.it/fummi
Per gli allievi ingegneri elettronici (e per chi seguirà il corso di
“Circuiti Integrati Digitali” del III anno):
J.M. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolic: “Digital Integrated
Circuits: A Design Perspective”, Prentice Hall, 2003
Per chi non voglia acquistare il Rabaey et al., è disponibile un breve
sunto degli argomenti principali curato dall’ing. A. Cester
Il sunto, insieme alle presentazioni .ppt, programma, compiti, esercizi,
materiale integrativo ecc., è disponibile sul sito:
http://www.dei.unipd.it/~paccag/
All’inizio della prossima settimana sarà disponibile presso la libreria
Progetto una dispensa di esercizi curata dall’ing. A. Gerosa:
“Elettronica Digitale: Esercizi”
Alessandro Paccagnella
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Elettronica Digitale
Organizzazione del Corso/2
Il libro di riferimento (Fummi) è la base su cui si si
fondano le lezioni
Vorrei evitare lezioni del tipo:
ho scritto tanto ma non ho capito niente
Siete le cavie di questo nuovo libro: sono fortemente
incoraggiate domande e suggerimenti. Faremo la verifica
al momento della rilevazione della didattica: il libro dello
scorso anno è stato bocciato dai vostri colleghi per
eccessiva prolissità
Per contattarmi:
al DEI, tel.:049-827.7686
meglio ancora: [email protected]
Alessandro Paccagnella
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Organizzazione del Corso/3
Libri, articoli e siti web per consultazione di argomenti
specifici saranno segnalati durante le lezioni
Questo nuovo libro (Fummi) è molto sintetico su alcuni
aspetti…
…per approfondire particolari argomenti chi è interessato
può consultare il testo dello scorso anno che è molto più
discorsivo (e in inglese):
John F. Wakerly, “Digital Design: principles and
practices”, 3rd edition, 2001, Prentice Hall
Il Fummi tratta anche il codice VHDL che non avremo
tempo di vedere nel corso: chi desidera approfondirlo potrà
seguire il corso di “Laboratorio di Elettronica Digitale”
Evitate di fotocopiare i libri!
Alessandro Paccagnella
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Organizzazione del Corso/4
Prova di esame = a and b (ossia bisogna superare sia la prova
a che la prova b):
a: 1 prova “di teoria” = 20-30 quiz di teoria a risposta multipla e
domande di teoria
b: 1 prova “di esercizi” = 2-4 esercizi e problemi da risolvere
Voto finale ≈ (1/3) voto(a) + 2/3 voto(b)
Per la sufficienza è necessario (ma non sufficiente) che:
min(a,b) ≥ 15
Sono ammessi alla prova b solo coloro che avranno preso un voto
sufficiente alla prova a
Il risultato della prova a ha la durata di un anno solare
Se si consegna il compito scritto b e il voto finale è insufficiente,
bisogna rifare anche la prova a
Non è consentito l’uso di libri o appunti durante i compiti
Alessandro Paccagnella
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Organizzazione del Corso/5
Il voto dell’esame costituisce parametro discriminante per l’accesso al
laboratorio di “Circuiti Integrati Digitali”, obbligatorio per allievi
Elettronici
Prevedo di essere assente il 26-28/5/04 (coorganizzatore del Symposium
C al congresso European Material Research Society, Strasburgo)
Lezioni di recupero (ore 16.30 – 17.15):
mercoledì
AND/OR giovedì
AND/OR venerdì
NB: Domani, giovedì 22/4/04 la lezione avrà inizio alle ore 14.15 per
consentire lo svolgimento del Consiglio di Facoltà alle 16.00 in Aula Ke
Altre date di Consigli di Facoltà che potrebbero sovrapporsi alla lezione del
giovedì: 29/5, 17/6
Pausa fra prima e seconda ora?
Alessandro Paccagnella
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Organizzazione del Corso/6
Iscriversi alle liste di esame sulle bacheche elettroniche!
Prove di esame durante il corso:
Primo compitino: solo prova a, settimana del 17 maggio
Secondo compitino: prove a e b, 21 giugno ore 9.00
Sessione estiva
Primo appello:
quiz (prova a): 30 giugno ore 9.00
esercizi (prova b): 1 luglio ore 14.30
Secondo appello:
quiz (prova a): 14 luglio ore 9.00
esercizi (prova b): 15 luglio ore 14.30
I voti vanno registrati entro settembre 2004!
Alessandro Paccagnella
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Il primo circuito integrato – 1965
First Planarized IC
4 Transistors
1965
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La legge di Moore – 1965
1965: Number of Integrated Circuit components will double every year
G. E. Moore, “Cramming More Components onto Integrated Circuits”, Electronics, vol. 38, no. 8, 1965.
1975: Number of Integrated Circuit components will double every 18 months
G. E. Moore, “Progress in Digital Integrated Electronics”, Technical Digest of the IEEE IEDM 1975.
1996: The definition of “Moore’s Law” has come to refer to almost anything related to the semiconductor
industry that when plotted on semi-log paper approximates a straight line. I don’t want to do anything
to restrict this definition. - G. E. Moore, 8/7/1996
P. K. Bondyopadhyay, “Moore’s Law Governs the Silicon Revolution”, Proc. of the IEEE, vol. 86, no. 1, Jan. 1998, pp. 78-81.
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La legge di Moore – ora
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Evoluzione (rivoluzione) del IC design
Se l’auomobile avesse avuto lo stesso tasso di
miglioramento dei circuiti integrati, oggi potrebbe:
Correre quasi alla velocità della luce
Correre per anni con un pieno di benzina
Trasportare da sola un’intera città
L’industria microelettronica si mantiene (+/- bene) grazie
al continuo incremento delle prestazioni (2x ogni ~18-24
mesi)
Questo tasso di miglioramento va mantenuto per
tenere la microelettronica florida
Il tempo di vita di una generazione tecnologica è ~5
anni
Produzione a buon mercato in larghi quantititativi grazie
al processo fotolitografico (“come stampare francobolli”)
Progettazione complicata e molto costosa
(gli errori di design costano tanto tempo e $$$)
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Elettronica Digitale
Come mettere insieme milioni di transistor?
Metodologie di progetto
Architetture
Uso estensivo di tool CAD
Metodologie di test
Design re-use
…ma non si possono usare le stesse
metodologie di progetto e architetture quando
la complessità aumenta enormemente
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Elettronica Digitale
La progettazione digitale
“Macroscopic Issues”
“Microscopic Problems”
• Time-to-Market
• Millions of Gates
• High-Level Abstractions
• Reuse & IP: Portability
• Predictability
• etc.
• Ultra-high speed design
• Interconnect
• Noise, Crosstalk
• Reliability, Manufacturability
• Power Dissipation
• Clock distribution.
Everything Looks a Little Different
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…and There’s a Lot of Them!
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Metodologie di progetto
Specifiche
Trade-off (compromessi)
Domini di progetto – livelli di astrazione
Approcci Top-down e Bottom-up
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Elettronica Digitale
Specifiche
Le specifiche di progetto sono il primo passo –
Fondamentale!
Compromessi fra ciò che si vorrebbe e ciò che si può
realizzare in pratica
Estesa esperienza richiesta per ottimizzare i
compromessi
Una specifica dettagliata va concordata a livello di
sistema
Grandi modifiche di specifica durante la fase di
progettazione porteranno a grandi ritardi
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Compromessi
Integration
Tools
Technology
Packaging
Time
Schedule
Flexibility
Partitioning
Testing
Availability
Man power
Reliability
Development
costs
Speed
Production
costs
Chip size
Power
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Radiation
hardness
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La carta a Y di Gajski – domini di progetto
Gajski chart
Structural
Behavioral
Program
Processor, memory
ALU, registers
Cell
Device, gate
State machine
Module
Boolean equation
Transfer function
Transistor
Masks
Gate
Functional unit
Macro
IC
Geometric
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Livelli di astrazione e sintesi
Behavioral level
Architectural level
For I=0 to I=15
Sum = Sum + array[I]
Logic level
0
Layout level
Circuit
synthesis
Layout
synthesis
State
0
0
0
Architecture
synthesis
Structural level
Circuit level
Logic
synthesis
Control
Memory
+
(register level)
Clk
(Library)
Silicon compilation (not a big success)
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Elettronica Digitale
Progettazione Top - down
Scelta dell’algoritmo (ottimizzazione)
Scelta dell’ architettura (ottimizzazione)
Definizione di moduli funzionali
Definizione di gerarchia di progetto
Split up in small boxes - split up in small boxes Definizione delle unità elementari richieste (sommatori,
macchine a stati finiti, etc.)
Floor-planning
Mappatura nella tecnologia prescelta
Simulazioni comportamentali
split up in small boxes
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Progettazione Bottom - up
Costruire le porte logiche
Costruire le unità elementari
Costruire i moduli
Assemblare i moduli…
…sperando di giungere a una architettura
ragionevole
Simulazione a livello di porte logiche
E’ il vecchio metodo di progettazione in logica sparsa
Commento di uno dei maggiori progettisti di un processore Pentium
The design was made in a typical top - down , bottom - up ,
inside - out design methodology
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