Bài giảng Thiết kế VLSI và ASIC: Tổng hợp kiến thức trọng tâm

THIẾT KẾ VLSI VÀ ASIC

Chng I: M u quá trình thit k mch vi in t

1.1 Các giai on trong thit k các mch tích hp

S ra i ca các mch vi in t ã làm cơ s phát trin phn cng và phn mm

ca các h thng tính toán trong nhng thp k gn ây. Vic tng liên tc mc  tích

hp ca các mch in t trên mt nn ơn ã ưa ti vic ch to nhng h thng vi

 phc tp ngày càng tng. Công ngh ch to mch tích hp trên cơ s các cht bán

dn phát trin v bão. Ti gia nhng nm 80 ca th k 20 ngưi ta ã có th ch to

ưc nhng mch tích hp cha ti hàng triu linh kin in t trên mt tinh th cht

bán dn. Nhng mch ưc gi là mch tích hp cao (VLSI) hoc là mch vi in t.

Vic ra i ca nhng mch vi in t ã làm ny sinh s cn thit phi có mt

phương pháp lun và quy trình thit k, ch to thích hp.

Trong công nghip, vic ch to các mch tích hp ưc thc hin qua 4 giai on:

• Giai on thit k

• Giai on ch to

• Giai on kim tra

• Giai on óng gói

Giai on thit k: t các chc nng mà mch s thc hin, chúng ta xây dng mô

hình ca mch trên nhiu mc  chi tit khác nhau. Các mc  chi tit có th ưc

chia thành mc kin trúc, mc logic, mc vt lý. Kt qu cu! giai on thit k là các

mô hình ca mch ã ưc xác nhn không cha l"i trên phương din thit k.

Giai on ch to: mch tích hp s ưc ch to theo các công ngh cy ghép các

phn t mch lên các tinh th cht bán dn b#ng phương pháp mt n che ph và công

ngh xây dng các mch nhiu lp. Kt qu ca giai on này là nhng vi mch thc

hin nhng chc nng như trong thit k.

Giai on kim tra: Nhng mch ã ch to s ưc kim nghim ngu nhiên 

kh$ng %nh r#ng mch không cha l"i v mt ch to. Trong trưng hp có nhng l"i

gp nhiu ln có th rút ra kt lun l"i ó có th là l"i trong quá rình ch to. Da vào

vic kim tra quy trình công ngh ta có th rút ra kt lun v các khâu có th sinh ra l"i

Giai on cui cùng là giai on óng gói. Lúc ó các vi mch s ưc phân tách và

ưc to v& bc.

' ây ta s i sâu nghiên cu giai on u tiên là giai on thit k. Quá trình thit

k vi mch in t trong công nghip ưc chia làm 3 phân on:

• Mô hình hóa

• T(ng hp và ti ưu hóa

• Kim nghim và phê chu!n

Do ó ta tp trung vào bài toán mô hình hóa mch và t(ng hp ti ưu hóa mch.

a. Mô hình hóa:

Nhà thit k xây dng các mô hình cu trúc mch và các chc nng mà mch s

thc hin. Các mô hình mch là công c biu di)n các ý tưng thit k. Mô hình hóa

óng vai trò quan trng trong thit k mch vi in t bi vì các mô hình là các

phương tin mang thông tin v các mch s ưc xây dng mt cách cô ng và

chính xác. Do ó mô hình cn phi chính xác, cht ch cng như có mc  t(ng

quát, trong sut và d) hiu i vi ngưi thit k và máy. Vi s phát trin ca các

k* thut mô ph&ng, mô hình mch có th ưc xây dng trên cơ s các ngôn ng mô

t phn cng HDL (hardware description languages). Trong nhiu trưng hp, các

mô hình + ha như biu + dòng thông tin, sơ + mch và mô t hình dng hình hc

ca các i tưng cng như cách s,p xp chúng trên bn mch u có th dùng 

biu di)n mch. -i vi nhng mch có  tích hp siêu ln do  phc tp ca

mch rt cao nên vic xây dng mô hình mch thưng theo các mc  chi tit khác

nhau. -iu ó cho phép ngưi thit k tp trung vào tng phn ca mô hình ti tng

giai on thit k.

b. T(ng hp và ti ưu hóa

T(ng hp là giai on sáng to th hai ca quá trình thit k. Giai on u tuân

theo các ý tưng ca nhà thit k hình thành dn các khái nim v mch và xây dng

nhng mô hình sơ b u tiên v mch. Mc ích chính ca giai on này là xây

dng mô hình chi tit ca mch như các chi tit v dng hình hc phc v cho công

on l,p ráp và to v& bc cho mch. -iu này t ưc thông qua quá trình xây

dng và chính xác hóa thit k tng bưc trong ó mô hình tru tưng ban u ưc

ngưi thit k chi tit hóa tng bưc lp i lp li. Khi thc hin quá trình t(ng hp

mch theo các bưc ci tin mô hình, ngưi thit k cn nhiu thông tin liên quan ti

các công ngh ch to và các phong cách thit k mong mun. Ta có th thy các

chc nng ca mch có th c lp vi các chi tit thc hin, trong khi ó các dng

biu di)n hình hc ca mch hoàn toàn ph thuc vào các c tính ca công ngh

như kích thưc ca các dây dn trong mch ph thuc vào công ngh ch to.

Bài toán ti ưu mch luôn kt hp cht ch vi bài toán t(ng hp mch. Quá trình ti

ưu òi h&i phi la chn nhng chi tit xác %nh ca mch vi mc ích làm tng kh

nng ca mch v phương din thit k tương ng vi nhng  o xác %nh. Vai trò

ca ti ưu là nâng cao cht lưng ca mch in như ti ưu v chc nng, v din tích,

v tính d) kim nghim và phát hin l"i. Chc nng liên quan n thi gian  thc hin

mt quá trình x lý thông tin cng như s lưng thông tin có th ưc x lý trong mt

ơn v% thi gian. Các tính nng ca mch là nh hưng ln ti kh nng cnh tranh ca

mch trên th% trưng. Vn  cht lưng ca mch cng liên quan ti kích thưc cng

như din tích ca mch. Din tích cng là i tưng ca ti ưu mch. Kích thưc nh&

ca mch cho phép có th phân b nhiu mch trên mt lp, iu ó làm gim giá thành

ch to và óng gói. Trong công nghip ch to chúng ta mang mun có nhng thit k

cho phép phát hin l"i và xác %nh v% trí l"i ca mch sau khi ch to. Kh nng này,

trong nhiu trưng hp, nh hưng ln ti cht lưng ca mch. Mt thông s quan

trng trong vn  phát hin l"i ca mch là phn trm l"i có th ưc phát hin i vi

mt b giá tr% th nghim. Nói chung ngưi thit k mong mun có nhng mch d)

kim nghim, iu ó làm gim giá thành chung ca quá trình sn xut.

c. Kim nghim và phê chu!n

Quá trình phê chu!n mch là vic t ưc  mt mc  ch,c ch,n hp lý r#ng

mch in s làm vic úng vi gi thit không có l"i ch to. Nh#m loi b& mi l"i

thit k có th có trưc khi ưa vào sn xut. Quá trình phê chu!n mch bao g+m vic

xây dng mô hình mô ph&ng mch da trên thit k và thc hin kim tra. Mô ph&ng

mch bao g+m phân tích các di)n bin hành vi ca mch in theo thi gian i vi mt

hoc nhiu b giá tr% u vào. Quá trình mô ph&ng có th áp dng trên nhiu mc thit

k khác nhau tùy theo các mc tru tưng ca mô hình.

1.2 Mô hình hoá mch in

Mô hình mch là biu di)n tru tưng trong ó ch. ra nhng c tính thích hp mà

không có nhng chi tit tương ng. Quá trình t(ng hp mch là quá trình to mô hình

mch b,t u t nhng biu di)n sơ lưc nht.

Các mô hình ưc phân loi theo các mc  mô t tru tưng và các góc quan sát.

- Các mc  mô t tru tưng ưc chia làm ba mc như sau:

• Mc kin trúc

Mch in ưc th hin qua tp hp các thao tác như các tính toán trên d

liu, các phép chuyn (i và truyn thông tin. Ví d, trên mc kin trúc, mch

có th ưc biu di)n qua nhng mô hình trên các ngôn ng mô t phn cng,

nhng biu + lu+ng thông tin.

• Mc logic

Mch in ưc th hin như tp hp các chc nng logic và ưc chuyn

thành các hàm logic. Ví d, trên mc logic mch có th ưc biu di)n thông

qua các biu + chuyn trng thái, các sơ + mch lôgic

• Mc hình hc

Mch có th biu di)n như tp hp các i tưng hình hc. Ví d ơn gin ca

biu di)n hình hc có th là các lp trong mch nhiu lp, dáng v/ b ngoài và

phân b ca các phn t cu thành mch.

- Các góc  quan sát cng ưc chia thành 3 góc :

• Góc  hành vi: mô t các chc nng ca mch mà không quan tâm ti

vic thc hin các chc nng ó.

• Góc  cu trúc: mô t mô hình mch b#ng các thành phn cơ bn ca

mch và các liên kt gia các thành phn ó.

• Góc  vt lý: có liên quan ti các i tưng vt lý xut hin trong thit k.

Các mô hình có các mc  mô t tru tưng khác nhau và có th ưc

quan sát theo nhng góc  khác nhau.

Ví d: ' mc kin trúc theo góc  hành vi thì mch in là tp hp các

phép toán và s liên quan gia chúng vi nhau, còn theo góc  cu trúc

thì mch là tp hp các khi cơ s và các liên kt ghép ni gia các khi

cơ s ó.

Nu xét trưng hp thit k các mch +ng b thì vi các mô hình trên

mc logic, góc  hành vi có th là các lưu + chuyn trng thái, còn góc

 cu trúc là các phn t logic.

1.3 Tng hp và ti u hoá mch dùng máy tính

Các công c tr giúp thit k b#ng máy tính cho phép nâng cao nng sut thit k.

Các k* thut thit k cho phép gim thi gian nâng cao chu trình thit k và gim công

Bài giảng Thiết kế VLSI và ASIC

Bài giảng Thiết kế VLSI và ASIC trình bày các giai đoạn thiết kế, đại số Boole, thiết kế logic, mô hình hóa phần cứng & ngôn ngữ HDL, tối ưu mạch, kiểm tra.

Chủ đề:

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi