Saltar al contenido

Diseño VLSI – Sistema digital

octubre 20, 2021
vlsi design flow

La integración a muy gran escala (VLSI) es el proceso de creación de un circuito integrado (IC) combinando miles de transistores en un solo chip. VLSI comenzó en la década de 1970 cuando el complejo semiconductor y comunicación se estaban desarrollando tecnologías. los microprocesador es un dispositivo VLSI.

Antes de la introducción de la tecnología VLSI, la mayoría de los circuitos integrados tenían un conjunto limitado de funciones que podían realizar. Un circuito electrónico podría consistir en un CPU, ROM, RAM y otra lógica de pegamento. VLSI permite a los diseñadores de circuitos integrados agregar todo esto en un solo chip.

La industria de la electrónica ha logrado un crecimiento fenomenal en las últimas décadas, principalmente debido a los rápidos avances en las tecnologías de integración a gran escala y las aplicaciones de diseño de sistemas. Con el advenimiento de los diseños de integración a gran escala (VLSI), el número de aplicaciones de circuitos integrados (IC) en computación de alto rendimiento, controles, telecomunicaciones, procesamiento de imágenes y video y electrónica de consumo ha aumentado a un ritmo muy rápido.

Las tecnologías de vanguardia actuales, como las comunicaciones celulares y de vídeo de alta resolución y baja tasa de bits, proporcionan a los usuarios finales una cantidad maravillosa de aplicaciones, potencia de procesamiento y portabilidad. Se espera que esta tendencia crezca rápidamente, con implicaciones muy importantes en el diseño de VLSI y el diseño de sistemas.

Flujo de diseño de VLSI

El flujo de diseño de los circuitos VLSI IC se muestra en la siguiente figura. Los distintos niveles de diseño están numerados y los bloques muestran procesos en el flujo de diseño.

Las especificaciones son lo primero, describen de manera abstracta la funcionalidad, la interfaz y la arquitectura del circuito IC digital que se va a diseñar.

Flujo de diseño de VLSI

Luego, se crea una descripción del comportamiento para analizar el diseño en términos de funcionalidad, rendimiento, cumplimiento de estándares dados y otras especificaciones.

La descripción RTL se realiza mediante HDL. Esta descripción RTL se simula para probar la funcionalidad. A partir de aquí, necesitamos la ayuda de las herramientas EDA.

Luego, la descripción RTL se convierte en una lista de redes a nivel de puerta utilizando herramientas de síntesis lógica. Una lista de redes de nivel de puerta es una descripción del circuito en términos de puertas y conexiones entre ellas, que se realizan de tal manera que cumplen con las especificaciones de tiempo, potencia y área.

Finalmente, se realiza un layout físico, que será verificado y luego enviado a fabricación.

Gráfico Y

El gráfico Y de Gajski-Kuhn es un modelo que captura las consideraciones en el diseño de dispositivos semiconductores.

Los tres dominios del gráfico Y de Gajski-Kuhn están en ejes radiales. Cada uno de los dominios se puede dividir en niveles de abstracción, utilizando anillos concéntricos.

En el nivel superior (anillo exterior), consideramos la arquitectura del chip; en los niveles inferiores (anillos interiores), refinamos sucesivamente el diseño en una implementación más fina y detallada:

La creación de una descripción estructural a partir de una conductual se logra mediante los procesos de síntesis de alto nivel o síntesis lógica.

La creación de una descripción física a partir de una estructural se logra mediante la síntesis del diseño.

Gráfico Y

Diseño de jerarquía-estructural

La jerarquía del diseño involucra el principio de «Divide y vencerás». No es más que dividir la tarea en tareas más pequeñas hasta llegar a su nivel más simple. Este proceso es más adecuado porque la última evolución del diseño se ha vuelto tan simple que su fabricación se vuelve más fácil.

Podemos diseñar la tarea dada en el dominio del proceso de flujo de diseño (conductual, estructural y geométrico). Para entender esto, tomemos un ejemplo de diseño de un sumador de 16 bits, como se muestra en la siguiente figura.

Diseño de jerarquía-estructural

Aquí, todo el chip del sumador de 16 bits se divide en cuatro módulos de sumadores de 4 bits. Además, dividir el sumador de 4 bits en sumador de 1 bit o medio sumador. La adición de 1 bit es el proceso de diseño más simple y su circuito interno también es fácil de fabricar en el chip. Ahora, conectando los últimos cuatro sumadores, podemos diseñar un sumador de 4 bits y, siguiendo adelante, podemos diseñar un sumador de 16 bits.

Sumador de 4 bits

close