Digitális áramkörök vizsgálata logi-termikus szimulációval

OData támogatás
Konzulens:
Jani Lázár
Elektronikus Eszközök Tanszéke

Az utóbbi évtizedek során az integrált áramkörök teljesítménysűrűsége olyan mértékben növekedett, hogy újfajta tervezési és szimulációs eljárások kifejlesztése vált szükségessé. A logi-termikus szimuláció lehetőséget teremt arra, hogy a tervezés korai szakaszaiban képet kapjunk a chip-eken kialakuló hőmérséklet-eloszlásokról. Ezáltal már magas absztrakciós szinteken kiszűrhetőek olyan termikus jellegű problémák, melyek fölösleges iterációkat hoznának a tervezés folyamatába, vagy rosszabb esetben, később az áramkör hibás működését okozhatnák.

Szakdolgozatomban először összefoglalom a digitális rendszerek tervezésének folyamatát. Ismertetem a logi-termikus szimuláció lényegét és bemutatok néhány létező logi-termikus szimulátort. Röviden vázolom a BME Elektronikus Eszközök Tanszékén kifejlesztett, termikus szimulációhoz használt SUNRED algoritmus alapjait. Ezentúl betekintést nyújtok a SystemC nyelv segítségével történő hardvertervezésbe és modellezésbe. Ismertetem az általam használt LogiTherm szimulációs keretrendszer működését. Részletezem a szimuláció peremfeltételeit, valamint értelmezem az előállított kimeneteket.

A szimulátort először egy általam SystemC nyelven implementált ring oszcillátor segítségével teszteltem, majd egy egyszerűbb processzor modelljét készítettem el szintén SystemC nyelven. A könnyebb tesztelhetőség érdekében írtam egy assemblert, majd ennek segítségével előállítottam három tesztkódot, melyet a processzor a szimulációk során futtathat. Megvizsgáltam az órajel-frekvencia változtatásának, illetve a különböző tesztsoroknak hatását a kialakuló hőmérséklet-eloszlásra. Megfigyeltem a chip átlaghőmérsékletében, illetve a legmelegebb és leghidegebb pontok hőmérsékletkülönbségében bekövetkező tranziens jelenségeket.

Ezt követően egy olyan algoritmus kifejlesztésén dolgoztam, melynek segítségével kialakítható a digitális áramkörök moduljainak egy olyan optimális fizikai elrendezése, amellyel a tervezett IC-k működés közben kialakuló hőmérséklet-eloszlása a lehető legegyenletesebb lesz. Végül pedig összefoglaltam a megfigyeléseimet, illetve megfogalmaztam néhány jövőbeli irányvonalat a LogiTherm szimulációs keretrendszer fejlesztésére.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.