Определения, обозначения и сокращения

В настоящей пояснительной записке применяют следующие термины с соответствующими определениями.

БИС – большая интегральная схема.

БЯ – базовая ячейка.

ВКР – выпускная квалификационная работа.

КД – конвейерный делитель.

КМД – конвейерный матричный делитель.

КПП – компилятор переднего плана.

КТТ – конструкторско-технологические требования.

МВУ – матричное вычислительное устройство.

МД – матричный делитель.

ПО – программное обеспечение.

ПЭВМ – персональная электронная вычислительная машина.

САПР – система автоматизированного проектирования.

СБИС – сверхбольшая интегральная схема (то же, что и БИС, но с акцентом на очень большое число элементов в одном кристалле).

СКК – специализированный кремниевый компилятор.

Введение

В мире умной техники в основе всех разработок лежит микроэлектроника. С развитием вычислительных устройств, усложняется и элементная база, что приводит к необходимости нахождения эффективной технологии проектирования. Такой технологией стало модульное проектирование: разработка БИС с использованием библиотек макроблоков БИС.

Сами технологии изготовления БИС постоянно улучшаются, что приводит к необходимости к разработке ПО обеспечивающего быстрые настройку проектов на новую проектную норму. Поэтому требование технологии изготовления добавляется к ряду традиционных требований предъявляемым к микроэлектронным устройствам [7].

В Зеленограде в октябре 2018 года на конференции Микро Электронные Системы-2018 было сказано: «рекомендовать Минобрнауки России … обратить внимание на необходимость создания отдельной федеральной программы по созданию и вводу в эксплуатацию отечественной комплексной САПР СБИС и СнК (системы автоматизированного проектирования сверхбольших интегральных схем и Систем на Кристалле), обеспечивающей передачу проектов на конкретные предприятия для изготовления изделий» [1].

Конвейерный матричный делитель, относящийся к матричным вычислительным и запоминающим устройствам, включающиеся в специализированные кремниевые компиляторы крупных фрагментов БИС, которые и относятся к таким средствам.

Целью работы поставлена разработка специализированного кремниевого компилятора на примере конвейерного матричного делителя на основе инвариантной концепции.

Объект и предмет исследования: конвейерный матричный делитель и специализированный кремниевый компилятор.

В работе осуществлена разработка программного генератора топологии макроблока, отвечающего традиционным требованиям, т. е. возможности оперативной настройки на требуемые проектные нормы (использование средств технологически инвариантного проектирования), малым аппаратным затратам (оптимизация структурно-топологического плана), высокой производительности (построчная конвейеризация вычислений).

При этом необходимо отметить, что «разработки ведущих компаний Cadence, MenthorGraphics, Synopsys в области плотноупакованного топологического проектирования макроблоков СБИС, которые представляют собой «ноу-хау» разработчиков и не продаются клиентам, библиотеки же стандартных фрагментов (ячеек) и макроблоков СБИС в конкретных проектных нормах не только чрезвычайно дороги, но и требуют постоянного обновления с развитием технологии изготовления» [2].

По описанному выше, выпускная квалификационная работа посвящена одному из основных блоков построения СБИС – кремниевый компилятор конвейерного матричного делителя, обладающий оптимизированными размерными и производительными характеристиками.

В работе были поставлены следующие задачи:

• схемотехническое проектирование элементов КМД;

• изучение и анализ алгоритма деления без восстановления остатка;

• разработка топологий ячеек;

• разработка структурно-топологического плана конвейерного матричного делителя;

• разработка файла спецификации макроблока КМД;

• изучение и применение метода иерархического технологически инвариантного проектирования макроблоков сверхбольших интегральных схем, рассмотрение и изучение методик согласования габаритов и положения выводов стыкуемых ячеек;

• разработка спецификаций проектируемых ячеек;

• разработка специализированного кремниевого компилятора конвейерного матричного делителя, и его тестирование (генерация топологий КМД для разных разрядностей в разных проектных нормах).

По выбранной теме проведен поиск патентных документов в патентной базе Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации (http://www.fips.ru/) и другим источникам. В результате исследований сложившейся патентной ситуации были выявлены тенденции изобретательской активности в данной сфере, поэтому ясно, что дальнейшее развитие данного направления является актуальным и по сей день.

Первая глава ВКР посвящена используемому алгоритму деления, возможности применения устройств на практике, а также способов повышения их быстродействия и производительности.

Во второй главе разбираются основные особенности структурно-топологической реализации конвейерного матричного делителя, методы его оптимизации, а также структуры используемых базовых ячеек.

В третьей главе рассматриваются схемотехнические решения реализуемых элементов КМД.

В четвертой главе рассматриваются этапы топологического проектирования ячеек конвейерного матричного делителя, различные способы описания топологии фрагментов. Также речь идёт о разработке основных элементов макроблока конвейерного матричного делителя.

Пятая глава посвящена вопросу разработки специализированного КМД, в том числе основным принципам, методам проектирования, а также включает разработку программной части специализированного кремниевого компилятора (СКК).

В шестой главе составляется бизнес-план по коммерциализации результатов научной исследовательской работы.