算子設計方法縮小IC設計與制造間的“剪刀差”

2023年12月9日發(作者：太宗)

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ＮＥＷ?。裕牛茫龋危希蹋希牵佟。尚录夹g聚焦　算子設計方法縮?。桑迷O計與制造　間的“剪刀差”　ＩＣ設計方法學是縮／］ｘｌＣ設計技術與制造技術間“剪刀差”的有效途徑。作為設計方法學的新探索，　算子設計的粒度大于標準單元，兼顧ＩＰ復用的一些屬性，旨在提升ＩＣ設計效率和縮短ＩＣ設計時間?！　鐾跣掳病⌒畔⒐こ虒W院常務副院長　北京大學深圳研究生院　ＪＣ設計技術落后于制造技術　節點為代表的基于ＩＰ的設計。２００９年　程）基本包括六個步驟：１．Ｃ語言或Ｍ　形成的“剪刀差”是Ｉｃ設計方法的?。常玻睿恚椋郏核囈呀洺墒炝慨a，預計２０１４　語言的算法理解與分析；２．算法分　研究起因?？v觀ＩＣ設計的發展歷史　年１二藝節點可望達到ｌ０ｎｍ。ＩＣ的設　析與設計優化，此步驟過程復雜、　方法學將如何發展，才能與工藝　個體差異大、失誤多；３．關鍵模塊　我們可以看到．ＩＣ設計方法的評價　計‘體系隨著工藝節點發展而演變，設　技術相適應，成為Ｉｃ設計發展到今　設計與評估；４．ＲＴＬｆ七碼設計；５．驗　計方法與工藝節點相關。Ｉｃ的設計　天日益突出的問題　方法由最早的全定制設計，發展到　證過程，此過程工作量大，排錯?。伞。卯a品的生命周期逐漸縮短　難；６．后端設汁，工作饋大，優化　１　９８４年前后以１．０ｇｍ＿－Ｅ藝節點為代表　和快速上市的需求，設計復雜度和　閑難?！〉拈T陣列設計，再到１９９４年前后以?。危遥刨M用的迅速提升，都驅動著ｌｃ　這樣的設計流程勢必使得ＩＣ　０．５ｇｍＳＫ藝節點為代表的標準單元設　設計方法學的研究。目前從算法到　設計存在周期長和成本高的問題?！∮?，以及１９９９年前后以０．２５ｇｍ工藝　ＩＣ的設計過程（或者說ＡｓＩｃ設計過　為了解決這個問題，現在很多ＥＤＡ　工具研究者和廠商，郜在尋求一　種南算法的高級語言（包括Ｊａｖａ、?。停幔簦欤幔?、Ｃ等）捕述直接得到ＲＴＬ代　碼描述的高層次綜合設汁方法，　并且已經初見成果。其中有Ｍｅｎｔｏｒ　公司的Ｃａｔａｐｕｌｔ、Ｓｙｎｏｐｓｙｓ公司的?。樱睿穑瑁铮睿。龋蹋雍图又荽髮W圣地亞哥　分校和爾灣分校（］￣ＪＳＰＡＲＫ?。妫谩。簦铩。遥裕獭。郑龋模蹋┑取！。谩。幔簦幔校酰桑艏嫒荩樱佟。樱簦澹怼。?；　Ｓｙｎｏｐｓｙｓ公司的Ｓｙｎｐｈｏｎｙ?。龋蹋犹岢觥×霜毺氐模驼Z言和基于模型的綜合　法，與傳統ＲＴＬ流程相比，能夠為通　信和多媒體應用提供高達１　０倍或更　高的設計和驗證能力。目前高層次　綜合的產品剛剛進入市場，還需要　王新安：ＩＣ設計方法學的進步是縮?。欤迷O計技術與制造技術之間“剪刀差”的有效途徑?！r間完善?！〖呻娐窇茫伞。玻场⌒录夹g聚焦］ＮＥＷ?。裕牛悖龋巍＃?。ＧＹ　有功能的需要，設計人員可以采用　子與運算算子，形成數據流結構?！∈龊万炞C；　交叉開關和總線?！。矗刂扑阕印∷阕拥奶岢觥』仡櫍桑迷O計方法學的發展歷　基于算子的上層語言對算法進行描　其實現形式主要有三種：多選器、　程，全定制是基于ＭＯＳ管的設計，　門陣列是基于邏輯門的設計，標準　單元是基于觸發器的設計……可以?。玻С炙惴ǖ膶崿F　種類完備但是數量有限的算　控制算子的作用是正?？刂茢怠“l現隨著Ｉｃ的復雜性逐漸提高，Ｉｃ　子既能夠支持卜層語言描述中刈‘運　據流的流動。其實現形式有三種：　設計的基本　元的粒度也越來越　算、存儲、控制和數據路徑的捕　計數器、狀態機和微指令字?？刂啤〈?。粒度的增大帶來的直接影響就　述．并且可以基于算子描述進行優　輸出內容包括運算算子動態重構信　是加快了ＩＣ的設計速度。ＩＰ核的使用　化和驗證；　息、存儲算子ＡＧＵ的配置信息、鏈　通過復用來加速Ｉｃ設計。但是在以　“應用需求決定硬件結構”的ＡＳＩＣ　３．能夠加速設計和驗證　接算子的配簧信息，實現對其他算?。担畷r鐘算子　時鐘箅子是驅動和定時部件，　設計人員利用箅子完成算法的　子的控制?！≡O計中，設計實踐表明僅由ＩＰ核的復　功能描述后，對應的硬件設計也同　用來提升設計效率還是不夠的，因　時完成。因為所有算子均是預先全　為基于ＩＰ的設計仍然顯示出了其靈活　定制的且已被驗證正確的單元．【大１　用于產生供所述控制算子部件和處　性的不足。我們提　的粒度大于標　此將縮短設計和驗證的時問，設計　理算子的時鐘信號，所述時鐘信號　準單元的算子設計概念，也是從提　人員只需要保證基于算子的描述和　還包含控制時鐘起停和控制時鐘頻　升設計效率的角度出發，兼顧ＩＰ復用　映射過程的正確即可，從而將大大　率的信號。　的一些屬性?！〖铀僭O計和驗證過程。　算子設計方法學?。欤愕乃阕釉O計過程可以概括為　箅子設計方法希望從數學上能　夠支持算法的描述，為實現算法到　算子的種類　箅子語言、算子結構的自動化翻譯　提供支撐。算子的特點如下：?。保６雀蟆。保\算算子　將Ｃ、Ｍａｔｌａｂ等高級語言或者流程　運算算子支持算術邏輯、移位　圖的算法描述轉化為算子描述并在　等運算功能的實現，稱為基本運箅　算子結構上進行優化設計的過程?！∶總€算子都具有一定功能，它　算子。針對不同應用會有專門的算　由于算子已經預先設計并驗證，因　是一種函數運算的符號表示。整個　子支持，比如媒體處理中相減取絕　此算法的算子描述可以快速或者自　算子體系能夠支持算法描述中的所　對值、求平均值、同定系數濾波運　動完成設計驗證過程。對于特定領　算等復雜但很常用的運算，這些運　域，比如通信或媒體，可以設計一　算算子稱為擴展運算算子，它們由　些更好支撐算法實現的擴展算子或　基本運算算子搭建而成。?。玻鎯λ阕印∷惴ㄖ械牟煌A段對數據處理　得在每個階段中數據的存儲格式和　方式不同，存儲算子則針對這類需　算子ＩＰ，從而更大程度地加速和優化　設計過程?！∷阕釉O計方法學的關鍵流程如?。保惴ǚ纸狻祿魉惴ǖ牧鞒虉D或者Ｃ、　的順序和排列是不一樣的，從而使　圖所示，主要步驟如下：?。欤幔獾雀呒壵Z言描述形式，　求實現數據不同存儲格式和方式的　Ｊａｖａ、Ｍａｔ轉換。提取出不同應用中基本且?！澐譃槿舾蓚€子算法過程?！∮玫拇鎯Ω袷胶娃D換方式，比如串　并轉換、并串轉換、隊列結構、堆　支持。　３．路徑箅子　算子設計方法學的關鍵流程?。玻畼俗r間　對各個子算法過程標注完成該　描述來標注時間?！＝Y構等，存儲算子將對它們進行　過程所需要的時間，用戶根據系統?。常伤阕訒r空圖?。ㄏ陆樱玻俄摚÷窂剿阕拥淖饔檬沁B接存儲箅?。玻础杭呻娐窇谩⌒录夹g聚焦Ｉ?。巍、簦裕牛悖龋?。Ｌ。ＧＹ　品組合轉入更　ＦＰＧＡ結合，一起提供高帶寬、低延　ＲＬＤＲＡＭ?。伯a　時網絡存儲解決方案?！。粒欤簦澹颍峤M件產品營銷資深總監　先進的５?。啊。睢。怼。蹋酰幔睿睿濉。樱悖瑁椋颍颍恚澹椋螅簦澹虮硎荆骸　埃粒欤簦澹颍帷」に?，提高系　的２８ｎｍ?。樱簦颍幔簦椋。帧。疲校牵涟ㄐ碌挠病〗y性能，降低　化數據通路．針對美光內存設有高　系統功耗，預　性能、低延遲接口。ＲＬＤＲＡＭ?。硟取∮媽⒃冢玻埃薄。澳辍〈娴陌l布讓我們的內存帶寬可高達　第四季度開?。保叮埃埃停猓穑?，為行業內最高速度，大　始對其５　０　ｎ　ｍ　幅降低了延時。美光新的存儲產品?。遥蹋模遥粒汀。伯a　　搭￣Ａｌｔｅｒａ新的內存接口架構是一項　品進行抽樣。美光的ＲＬＤＲＡＭ產品路線圖　重要技術成果，是我們與美光多年?。疲颍幔睿耄欤椋罱榻B說，美光已經采取　５７６Ｍｂ?。遥蹋模遥粒汀。膊伞。妫颍取。保矗矗酰拢牵粒荨《囗棿胧_?？蛻繇樌瓿尚屡f　裝，而ＲＬＤＲＡＭ?。巢捎茫薄。叮购盖虻摹‘a品過渡。例如，ＲＬＤＲＡＭ?。痴凇。疲拢牵练庋b?！。疲颍幔睿耄欤椋顝娬{，考慮到當前市　技術合作的一項巔峰之作?！薄模遥蹋模遥粒汀。驳剑遥蹋模遥粒汀。车钠交∈褂茫模模遥场。桑希ɑ冢樱樱裕痰模桑?、讀　過渡　訪問校準寄存器等）和ＲＬＤＲＡＭ?。补Α鰧Γ遥蹋模遥粒汀。蚕盗械男枨螅浴。遥蹋模遥粒汀。硨⒉捎茫担埃睿恚於∝M，預　能（命令協議、ＳＤＲ尋址等），提供開　及客戶漫長的設計周期，美光承諾　計將在２０ｌ１年上半年開始抽樣，目　發人員熟悉的電壓值（１．３５Ｖ內核電壓　為ＲＬＤＲＡＭ　２提供長期的技術支　前美光正在與客戶合作，征求其對?。保玻帧。欤巴庠O電壓），為客戶在設計　持。美光目前對ＲＬＤＲＡＭ?。伯a品線?。遥蹋模遥粒汀。硟却嬖O汁的意見。對于　中使用ＲＬＤＲＡＭ　３提供更多方便?！〉耐度牒椭С钟兄谠鰪娔壳笆古蟆‖F有的ＲＬＤＲＡＭ?。?，莢光承諾將?。遥蹋模遥粒汀。驳囊_和ＲＬＤＲＡＭ?。车摹。遥蹋模遥粒汀。伯a品同時還考慮在下一　繼續提供高水平的技術支持，并且　引腳不兼容，主要原因是ＲＬＤＲＡＭ　代產品使用ＲＬＤＲＡＭ　３的客戶對美　計劃　期生產該產品。美光正將其　３提供更強的功能和性能，特別是　光的信心。■　（上接２４頁）　選擇復用面積較小的算子。在算子　滿足時間約束的結果將代表其硬件　的最優結果。　６．驗證提交　生成算法（包含各個子算法）的算　聚類過程中，這兩種【大１素都需要考　實現代價最小，就是本步驟優化出　　子時空圖。將一個算法描述用算子　慮到。完全平鋪開，沒有任何復用．算法　的完成速度將最快，但這帶來的代?。矗垲悏嚎s　根據各個子算法過程的時間標　驗證算法功能和算子設計的一　致性。　　價將是很高的面積成本和功耗，這　注，在算子時空圖中進行聚類壓縮，ＩＣ設計方法學的進步是縮小　當然不是我們所希望的。我們希望　通過增加控制算子和數據路徑算子來　在滿足用戶時序要求的前提下．最　提高存儲算子和運算算子的復用，使?。欤阍O計技術與制造技術之間“剪刀?。阒圃於∷囘M入　大地減小面積和功耗需求，所以需　各個子算法過程的完成時間盡量與算　差”的有效途徑。ＩＣ設計方　要復用一些算子。這樣就需要在每　法過程標注的時間接近，即盡量減少?。梗埃睿硪院螅惹行枰碌模伞》▽W的誕生。算子設計方法是ＩＣ設　個算子執行相應的功能上加上其執　運算和存儲算子的數量。行時間的標注，在聚合映射中根據　執行時間復用算子，使之總體箅法　執行時間最接近于實際要求時間，?。担阕泳垲悆灮K步驟，都會產生不只一種結果，　計方法的一種探索，這種方法旨在　速度，希望可以縮短現有設計流程　聚類壓縮步驟和生成算子功能　提升從高級語言向下層硬件映射的　這就是算子的時間圖?？臻g圖是對　因此，需要根據時間、面積、功耗　需要的時間?！觥〖伞∷阕用娣e的定義，即在算子聚類映　等參數進行優化，按用戶定義的指　《本文由雍姍柵根據Ｉ薪安在深蝴｜ｉＳ能（執行Ｈ，ｔｌＮ）￣｝出順序，恰好　電路　耨應用震上的演講編輯整理?。∩鋾r，根據算子的面積進行聚類，　標如?。玻丁。杉呻娐窇谩?/p>

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