Estudo e Implementação de Lógica Adiabática para Circuitos

Integrados com Baixo Consumo

LUCAS MACHADO

Orientador: Prof Dr. Renato Perez RibasBanca: Prof. Dr. Gilson Inácio Wirth e Prof. Dr. André Inácio Reis

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

INSTITUTO DE INFORMÁTICA

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO

Introdução◦ Contexto◦ Motivação ◦ Objetivos◦ Estilos lógicos digitais

Estilos lógicos de baixo consumo◦ Escala de tensão◦ Lógica Adiabática

Análise Elétrica◦ Ferramentas◦ Funcionamento◦ Comparação

Layout Implementação Somador completo

◦ CMOS◦ 2N-2N2P◦ Comparação

Sumário

Porto Alegre, julho de 2010 2UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Circuito integrado

IntroduçãoContexto

Porto Alegre, julho de 2010 3UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Circuito integrado consome energia

IntroduçãoContexto

Porto Alegre, julho de 2010 4UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Circuito integrado

Ideia “verde”◦Menor dependência de fontes de energia não-renováveis

Portáteis◦Maior duração da bateria

Economia de energia ◦ Dissipação de calor

IntroduçãoMotivação

Porto Alegre, julho de 2010 5UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Estudo e implementação da Lógica Adiabática

Comparação das lógicaseletricamente

Estudar possibilidade de criação de uma biblioteca de células utilizando lógica adiabática

IntroduçãoObjetivos

Porto Alegre, julho de 2010 6UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

PMOS

NMOS

CMOS

Com transistores de passagem

Dinâmico

IntroduçãoEstilos Lógicos Digitais

Porto Alegre, julho de 2010 7UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

E = (RC/T)*CV²

Estilos Lógicos de baixo consumo Escala de Tensão

Porto Alegre, julho de 2010 8UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Performance Consumo

O termo adiabático na física é relacionado a um processo que mantém a energia do sistema, sem entrar ou dissipar calor

Em CI’s, o termo se refere auma lógica de transistoresque recupera a energiadescarregada

Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática

Porto Alegre, julho de 2010 9UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Em um circuito CMOS convencional, a maior parte da energia dissipada é referente a capacitância de gate

E = (RC/T)*CV²

Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática

Porto Alegre, julho de 2010 10UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Diversas:

◦2N-2N2P◦Clocked CMOS adiabatic logic (CAL)◦Pass-Transistor Adiabatic Logic (PAL)◦Efficient Charge Recovery Logic (ECRL) ◦Positive Feedback Adiabatic Logic (PFAL)◦True Single-Phase Energy-Recovering Logic (TSEL)◦Single-phase source-coupled adiabatic logic (SCAL)

Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática

Porto Alegre, julho de 2010 11UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Transistores MN3 e MN4 implementam a função a ser executada

Transistores MP1, MP2, MN1 e MN2 fazem a memorização das saídas

Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática

Porto Alegre, julho de 2010 12UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Tem-se quatro fases de funcionamento:entrada, avaliação, retenção e recuperação

Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática

Porto Alegre, julho de 2010 13UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Modelo PTM

Análise ElétricaFerramentas

Porto Alegre, julho de 2010 14UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

SpiceOpus

TSEL e SCAL não funcionaram com o modelo PAL não funcionou a 250 MHz 2N-2N2P:

Análise ElétricaFuncionamento

Porto Alegre, julho de 2010 15UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Entrada Negada

Entrada

Saída

Saída Negada

Fonte

Recuperação de energia acontece até atingir a tensão de threshold

Análise ElétricaConsumo

Porto Alegre, julho de 2010 16UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Análise ElétricaComparação

Porto Alegre, julho de 2010 17UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

LayoutO que é layout simbólico?

Porto Alegre, julho de 2010 18UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

LayoutLógica Adiabática

Porto Alegre, julho de 2010 19UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

LayoutLógica Adiabática

Porto Alegre, julho de 2010 20UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Tensão do sistema?

Terra?Tensão de referência?

Diferentes fontes de clock

Implementação Full-AdderCMOS

Porto Alegre, julho de 2010 21UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Implementação Full-Adder2N-2N2P

Porto Alegre, julho de 2010 22UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Implementação Full-AdderComparação

Porto Alegre, julho de 2010 23UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Importância pela revisão da literatura

Aprendizado e desenvolvimento de uma tecnologia alternativa

Revisão de conceitos da faculdade

Identificação de problemas e soluções

ConclusãoPesquisa e Análise Elétrica

Porto Alegre, julho de 2010 24UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

ConclusãoLayout

Porto Alegre, julho de 2010 25UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

PRÓS CONTRAS

Altura pequena Várias alimentações

Facilidade de roteamento Cascateamento

Comprovado: robustez CMOS

Alternativa: subthreshold em tecnologias menores

Problema: diminuição da diferença: Vdd – Vth

Solução: a ideia ainda é válida!

ConclusãoComparação

Porto Alegre, julho de 2010 26UFRGS - Engenharia de Computação

Trabalho de Diplomação

Estudo e Implementação de Lógica Adiabática para Circuitos

Integrados com Baixo Consumo

LUCAS MACHADO

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