Συστήματα CAD Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Σχολή Θετικών Επιστημών Ροή Πληροφορικής Δαδαλιάρης Αντώνιος: dadaliaris@cs.uth.gr

Εισαγωγή – Moore's Law Gordon Moore: Συνιδρυτής της Intel.

Εισαγωγή – Ιστορική Αναδρομή Πριν από την δημιουργία CAD εργαλείων: Ο Federico Faggin τοποθέτησε όλα τα κυκλωματικά στοιχεία του επεξεργαστή 4004 χειρονακτικά. Διαδικασία Σχεδίασης: Σχεδίαση του επεξεργαστή σε χαρτί. Φωτογράφηση της τελικής σχεδίασης. Σμίκρυνση των φωτογραφιών. Έλεγχος ορθής λειτουργίας (?) Ο Seymour Cray προσέλαβε “εξειδικευμένο“ ανθρώπινο δυναμικό για την υλοποίηση υπερυπολογιστών. Διαδικασία Υλοποίησης: Χρήση γυναικών για τις “ευαίσθητες χειρονακτικές εργασίες (π.χ. υλοποίηση καλωδίων διασύνδεσης).

CAD Tools (1) Πριν από τα CAD tools: Ο Faggin τοποθέτησε όλα τα κυκλωματικά στοιχεία του επεξεργαστή 4004 χειρονακτικά. Σχεδίαση του επεξεργαστή στο χαρτί. Φωτογράφηση της τελικής σχεδίασης. Σμίκρυνση των φωτογραφιών. Ο Seymour Cray προσέλαβε ανθρώπινο δυναμικό για την υλοποίηση υπερυπολογιστών. Γυναίκες για τις «ευαίσθητες» χειρονακτικές εργασίες (υλοποίηση καλωδίων διασύνδεσης) Καμία δυνατότητα επαλήθευσης του τελικού αποτελέσματος. Το τελικό κύκλωμα υπήρχε περίπτωση να είναι μη λειτουργικό. Το τελικό κύκλωμα υπήρχε περίπτωση να εκτελεί λανθασμένες εργασίες.

CAD Tools (2) CAD: Computer Aided Design Πλεονεκτήματα: Αύξηση αποδοτικότητας του σχεδιαστή. Βελτιστοποίηση διαμοιρασμού σχεδιάσεων μεταξύ διαφορετικών σχεδιαστικών ομάδων και εργαλείων. Επαναχρησιμοποίηση και τροποποίηση σχεδιάσεων. Υψηλότερη ακρίβεια υπολογισμών. Ελαχιστοποίηση λαθών (ανθρώπινος παράγοντας). Εξάλειψη σχεδιαστικών λαθών πριν από την υλοποίηση.

CAD Tools (3) Μειονεκτήματα: Υψηλό κόστος αγοράς. Κακής ποιότητας ελεύθερο λογισμικό. Χρονοβόρα εκπαίδευση χρήστη. Κοστοβόρα εκπαίδευση χρήστη. Απαιτούνται υπολογιστικά συστήματα υψηλών επιδόσεων. Δεν εκμεταλεύονται τις δυνατότητες παραλληλισμού τόσο σε επίπεδο λογισμικού όσο και σε επίπεδο υλικού.

CAD Tools (4) Σχεδίαση με χρήση CAD εργαλείων: Πολύπλοκα σύγχρονα υπολογιστικά και τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Συστήματα με κατομμύρια ή και δισεκατομμύρια πυλών. Συστήματα με μεγάλη επεξεργαστική ισχύ, επομένως και μεγάλη καταναλισκώμενη ισχύ. Σχεδίαση συστήματων, απαραίτητα, σε υψηλό επίπεδο αφαίρεσης. Αποδόμηση της σχεδίασης σε μικρότερα τμήματα. Μετατροπή σχεδίασης μεταξύ διαφορετικών αφαιρετικών επιπέδων. Είθισται για κάθε βήμα της συνολικής ροής σχεδίασης να χρησιμοποιείται και ένα διαφορετικό CAD εργαλείο.

CAD Tools (5) Κατηγορίες CAD Εργαλείων: Editors Simulators Analyzers Περιγραφή σχεδίασης, με τη χρήση κάποιας γλώσας περιγραφής υλικού. Simulators Μοντελοποίηση της συμπεριφοράς του συστήματος και έλεγχός της με την παροχή κατάλληλων ερεθισμάτων. Analyzers Έλεγχος ορθότητας σχεδίασης. Synthesis Tools Μετασχηματισμός της αναπαράστασης μιας σχεδίασης μεταξύ διαφορετικών επιπέδων αφαίρεσης. Design Tools Κυκλωματική σχεδίαση σε διαφορετικά επίπεδα αφαίρεσης.

ASIC vs. VLSI ASIC: Application Specific Integrated Circuit Κυκλώματα ειδικού σκοπού. Σχεδιάσεις που προορίζονται για συγκεκριμένη χρήση (π.χ. μικροεπεξεργαστές, μνήμες κλπ.). VLSI: Very Large Scale of Integration Πρακτικά οποιοδήποτε chip με μεγάλο αριθμό τρανζίστορ.

ASIC Design Goals (1) 1960's – 1970's Area

ASIC Design Goals (2) 1970's – 1980's 1980's – 1990's Speed vs. Area Power 1980's – 1990's Speed Speed vs. Power Low Power

ASIC Design Goals (3) 1990's – 2000's 2000's – 2010's Speed vs. Power Ultra Low Power 2000's – 2010's Reliability

Semester Projects Κείμενο Κώδικας Παρουσίαση

Semester Projects OBDD Reduction Algorithm & Visualizer: https://hpi.de/fileadmin/user_upload/fachgebiete/meinel/books/OBDD- Book.pdf Kraftwerk Placement Algorithm Abacus Legalizer Placement Visualizer Kernighan-Lin Partitioning Algorithm SOMETHING ABOUT ATPG Tech Library Analyzer Gordian Placement Algorithm Genetic Algorithms as a detailed placement technique Logic Design Karhaugh Map Solver / Generator Mixterms / Maxterms Binary Codes / Base Converter Timing Analysis Dijkstra’s Shortest Path Algorithm STA Longest Path Algorithm Maximum Flow Algorithm