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ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGIAS DE DISEÑO
SEMICUSTOM. Diseño basado en Arrays
Orientado a reducir costes en el proceso de fabricación
disminuyendo el número de pasos de fabricación
CONTRAPARTIDA
Es atractivo para tiradas pequeñas (donde un proceso dedicado puede ser muy costoso).
Las prestaciones son peores.
La densidad de integración es más baja.
El consumo es más elevado.
DOS TIPOS
Predifundidos
Programables por máscara (MPGAs)
(Mask Programmable Gate Arrays)
Gate Arrays y Sea of Gates
Diseño e Implementación de Sistemas Electrónicos Digitales
Precableados
(Field-Programmable Gate Arrays, FPGAs)
HDSE
ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGIAS DE DISEÑO
Diseño basado en Arrays. predifundidos ó MPGAS (i)
P
Los diseños se realizan sobre un array de transistores (o celdas básicas) predefinido
P
La interconexion de estos transistores produce distintas aplicaciones
P
Solo los últimos pasos del proceso de fabricación son dependientes de la aplicación particular
P
El tiempo (~ días) y el coste de fabricación de un sistema particular se reducen
. las obleas con el array de transistores ya fabricado están disponibles
. solo es necesario realizar un número reducido de mascaras
. solo es necesario realizar un número reducido de pasos de fabricación.
P
Perdida de flexibilidad y posibilidad de tener área desocupada
P
Se diseña a partir de una librería de celdas lógicas precaracterizada
P
Tipos: con canal (channeled, gate array), sin canal (channeless, sea of gates)
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ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGIAS DE DISEÑO
Diseño basado en Arrays. predifundidos ii
Gate array
celda base
celda
pozos
difusiones
polisilicio
alimentaciones
canal
conexionado
se deja espacio
para conexionado
metales más superficiales definen la
interconexión de los transistores
celda personalizada: NOR de cuatro entradas
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ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGIAS DE DISEÑO
Diseño basado en Arrays. Predifundidos (iii)
Sea of gates
LSI Logic LEA 300K
(0.6um)
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ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGIAS DE DISEÑO
Diseño basado en Arrays. Precableados ó Programables en Campo
P
todos los pasos de fabricación son independientes de la aplicación particular
P
adecuado para aplicaciones con bajo volumen de producción o prototipos
P
la aplicación particular la programa el diseñador, fuera de la foundry, en campo
P
disponibles como componentes de catálogo
P
peores prestaciones y menor densidad de diseño
P
tiempo de realización física muy reducido (minutos)
P
distintas tecnologías de programación
P
consisten en piezas de lógica programables e interconexiones programables
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ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGÍAS DE DISEÑO
FPGAs. Tecnólogias de programación
q Fusibles/antifusibles
no reconfigurable
no volatil
el elemento de programación ocupa muy poca área
fusible: elemento de conexión por defecto corto
polisilicio (conductor)
dieléctrico (10nm)
ejemplo de antifusible
difusión n+ (conductor)
q Celdas de memoria no volatil (por ej. EEPROM)
reconfigurable
no volatil
el elemento de programación requiere pasos especiales en el proceso de fabricación
requere tensiones altas para programación
q Celdas de memoria RAM estática
reconfigurable
volatil: necesidad de reprogramación cada vez que se conecta la alimentación
elemento de programación compatible con un proceso CMOS estándard
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ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGÍAS DE DISEÑO
FPGAs. Lógica Programable (i)
q basada en matrices (arrays)
I5
I4
I3
I2
I1
I0
Programmable
OR array
P implementación de funciones booleanas como
suma de productos
P variaciones de este esquema
* reducir programabilidad
PROM: sólo el plano OR programable
PAL: sólo el plano AND programable
* introducir flip-flops y realimentaciones
* particionar el array en macroceldas
Programmable AND array
O 3O 2O 1O 0
conexión programable
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ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGÍAS DE DISEÑO
FPGAs. Lógica Programable (ii)
P estas estructuras se suelen denominar Dispositivos Lógicos Programables (PLDs), tambien
SPLDs
PROM
PAL
PLA
I5
I4
I3
I2
I1
I0
Programmable
OR array
I3
I2
I1
I0
Programmable
OR array
O 3O 2O 1O 0
conexión programable
Diseño e Implementación de Sistemas Electrónicos Digitales
I4
I3
I2
I1
I0
Fixed OR array
Programmable AND array
Fixed AND array
Programmable AND array
I5
O 3O2O 1O0
O 3O 2O 1O 0
conexión fija
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ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGÍAS DE DISEÑO
FPGAs. Lógica Programable (iii)
P PAL más complejo
programmable AND array (2i 3X jk )
k macrocells
product
terms
1
j -wide OR array
D
j
Q
OUT
j
macrocell
CLK
A
B
C
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i
i inputs
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ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGÍAS DE DISEÑO
FPGAs. Lógica Programable (iv)
q basada en celdas (enfásis multinivel)
celda lógica de la familia ACT de ACTEL
q usando multiplexores
* 10 funciones con un multiplexor de
dos entradas
A
0
F
B
1
S
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Configuration
A
B
S
F=
0
0
0
0
X
Y
Y
1
1
1
0
X
Y
Y
0
0
1
0
0
1
0
1
1
X
Y
X
X
X
Y
1
0
X
Y
XY
XY
XY
X1 Y
X
Y
1
A
B
1
SA
Y
1
C
D
1
SB
S0
S1
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FPGAs. Lógica Programable (v)
q basada en celdas (enfásis multinivel)
q usando tablas de búsqueda (Look Up Tables o LUTs)
A0
Memoria
A1
programación para implementar una EXOR
dirección
0
0
1
1
2
1
3
0
q usando módulos PAL
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ESTILOS DE IMPLEMENTACIÓN & METODOLOGÍAS DE DISEÑO
FPGAs. Interconexiones Programables
P distintas opciones para implementar interconexiones programables con celdas de memoria
s0
M
0
s1
1
s2
2
s3
3
s
MUX
M
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M
HDSE