Contributions to the design and prototyping of GALS and asynchronous systems

Abstract

Com o avanço de tecnologias CMOS, novos desafios surgem para o projeto de circuitos e sistemas síncronos. Isso se deve ao fato de que o uso de um único sinal para controlar um circuito integrado complexo resulta em restrições de projeto difíceis de serem atendidas. Além disso, chips atuais integram sistemas inteiros, que necessitam de uma grande quantidade de núcleos de propriedades intelectual, cada um com necessidades e restrições específicas. Neste cenário, técnicas assíncronas de projeto representam soluções interessantes para ajudar projetistas a obter sistemas eficientes, uma vez que cada núcleo de propriedade intelectual pode ser projetado de forma independente e então comunicar-se assincronamente, a nível de sistema. Diversos trabalhos disponíveis na literatura demonstram que circuitos assíncronos são adequados para implementações que necessitem baixo consumo de potência, alto desempenho ou alta robustez. Entretanto, atualmente, é muito difícil de projetar tais circuitos, dada a falta de ferramentas de automação e de bibliotecas de componentes básicos. Dessa forma, o uso de circuitos assíncronos é praticamente limitado a abordagens full-custom. A fim de contribuir para a superação dessa barreira, o Autor está envolvido na pesquisa de circuitos assíncronos há cinco anos. Este trabalho apresenta detalhes de parte dessa pesquisa, incluindo a implementação de cinco roteadores de redes intra-chip não síncronos, uma biblioteca de células com mais de quinhentos componentes assíncronos e um fluxo de projeto proposto para o projeto de tais componentes.

As CMOS technology nodes scale dosn, nes problems a rise concerning the design of synchronous circuits and systems. This is due to tight constraints resulting from the use of a single signal to control a shole complex integrated circui t. Moreover, modern chips integrate shole systems that require a large amount of intellectual property cores, each sith specific requirements and design constraints. In this context, asynchronous design techniques present appealing solutions to help designers achieving efficient systems, as each core can be independently implemented and then employ asynchronous communication at the system level. Different sorks available in literature demonstrate that asynchronous circuits are sell suited for los poser, high speed and robust applications. Hose ver, these circuits are very difficult to be implemented, due to the lack of design automation tools and basic components. In this say, experiments sith asynchronous circuits are practica lly limited to full custom approaches. In order to help overcoming such limitations, the Author has been involved sith asynchronous circuits design for five years. This sork presents details o f part of this research sork, including the implementation of five non-synchronous netsork-on-c hip routers, a standard cell library sith over five hundred components for asynchronous circuits and a design flos proposed for such components.