From FPGA to ASIC: A RISC-V processor experience

This work document a correct design flow using these tools in the Lagarto RISC- V Processor and the RTL design considerations that must be taken into account, to move from a design for FPGA to design for ASIC

Automated Hardware Prototyping for 3D Network on Chips

Vor mehr als 50 Jahren stellte Intel® Mitbegründer Gordon Moore eine Prognose zum Entwicklungsprozess der Transistortechnologie auf. Er prognostizierte, dass sich die Zahl der Transistoren in integrierten Schaltungen alle zwei Jahre verdoppeln wird. Seine Aussage ist immer noch gültig, aber ein Ende von Moores Gesetz ist in Sicht. Mit dem Ende von Moore’s Gesetz müssen neue Aspekte untersucht werden, um weiterhin die Leistung von integrierten Schaltungen zu steigern. Zwei mögliche Ansätze für "More than Moore” sind 3D-Integrationsverfahren und heterogene Systeme. Gleichzeitig entwickelt sich ein Trend hin zu Multi-Core Prozessoren, basierend auf Networks on chips (NoCs). Neben dem Ende des Mooreschen Gesetzes ergeben sich bei immer kleiner werdenden Technologiegrößen, vor allem jenseits der 60 nm, neue Herausforderungen. Eine Schwierigkeit ist die Wärmeableitung in großskalierten integrierten Schaltkreisen und die daraus resultierende Überhitzung des Chips. Um diesem Problem in modernen Multi-Core Architekturen zu begegnen, muss auch die Verlustleistung der Netzwerkressourcen stark reduziert werden. Diese Arbeit umfasst eine durch Hardware gesteuerte Kombination aus Frequenzskalierung und Power Gating für 3D On-Chip Netzwerke, einschließlich eines FPGA Prototypen. Dafür wurde ein Takt-synchrones 2D Netzwerk auf ein dreidimensionales asynchrones Netzwerk mit mehreren Frequenzbereichen erweitert. Zusätzlich wurde ein skalierbares Online-Power-Management System mit geringem Ressourcenaufwand entwickelt. Die Verifikation neuer Hardwarekomponenten ist einer der zeitaufwendigsten Schritte im Entwicklungsprozess hochintegrierter digitaler Schaltkreise. Um diese Aufgabe zu beschleunigen und um eine parallele Softwareentwicklung zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein automatisiertes und benutzerfreundliches Tool für den Entwurf neuer Hardware Projekte entwickelt. Eine grafische Benutzeroberfläche zum Erstellen des gesamten Designablaufs, vom Erstellen der Architektur, Parameter Deklaration, Simulation, Synthese und Test ist Teil dieses Werkzeugs. Zudem stellt die Größe der Architektur für die Erstellung eines Prototypen eine besondere Herausforderung dar. Frühere Arbeiten haben es versäumt, eine schnelles und unkompliziertes Prototyping, insbesondere von Architekturen mit mehr als 50 Prozessorkernen, zu realisieren. Diese Arbeit umfasst eine Design Space Exploration und FPGA-basierte Prototypen von verschiedenen 3D-NoC Implementierungen mit mehr als 80 Prozessoren

E-QED: Electrical Bug Localization During Post-Silicon Validation Enabled by Quick Error Detection and Formal Methods

During post-silicon validation, manufactured integrated circuits are extensively tested in actual system environments to detect design bugs. Bug localization involves identification of a bug trace (a sequence of inputs that activates and detects the bug) and a hardware design block where the bug is located. Existing bug localization practices during post-silicon validation are mostly manual and ad hoc, and, hence, extremely expensive and time consuming. This is particularly true for subtle electrical bugs caused by unexpected interactions between a design and its electrical state. We present E-QED, a new approach that automatically localizes electrical bugs during post-silicon validation. Our results on the OpenSPARC T2, an open-source 500-million-transistor multicore chip design, demonstrate the effectiveness and practicality of E-QED: starting with a failed post-silicon test, in a few hours (9 hours on average) we can automatically narrow the location of the bug to (the fan-in logic cone of) a handful of candidate flip-flops (18 flip-flops on average for a design with ~ 1 Million flip-flops) and also obtain the corresponding bug trace. The area impact of E-QED is ~2.5%. In contrast, deter-mining this same information might take weeks (or even months) of mostly manual work using traditional approaches

Digital signal processor fundamentals and system design

Digital Signal Processors (DSPs) have been used in accelerator systems for more than fifteen years and have largely contributed to the evolution towards digital technology of many accelerator systems, such as machine protection, diagnostics and control of beams, power supply and motors. This paper aims at familiarising the reader with DSP fundamentals, namely DSP characteristics and processing development. Several DSP examples are given, in particular on Texas Instruments DSPs, as they are used in the DSP laboratory companion of the lectures this paper is based upon. The typical system design flow is described; common difficulties, problems and choices faced by DSP developers are outlined; and hints are given on the best solution