9 research outputs found
Implementación de una metodología para lograr la integración física "correcta por construcción (CBC)" de un banco de filtros digitales descrito en alto nivel.
Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Electrónica) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Electrónica, 2011.Costa Rica posee 28 Parques Nacionales, ocho Reservas Biológicas, 31 Zonas Protectoras, nueve Reservas Forestales, 71 Refugios de Vida Silvestres, 15 humedales, y cuatro zonas clasificadas en otras categorías. Los recursos naturales presentes en dichas aéreas están siendo afectados por las actividades ilegales tales como la tala del bosque y la caza.
Para disminuir el impacto que las actividades ilegales producen al ambiente es posible capturar las señales acústicas presentes en el bosque por medio de una red de sensores, y luego procesar las señales acústicas para identificar disparos (caza) y motosierras (tala del bosque).
En este trabajo se establece un marco CAD para realizar la integración física “correcta por construcción (CBC)" de un sistema digital descrito en alto nivel. Este marco CAD se utiliza para realizar la integración física “correcta por construcción (CBC)" de un banco de filtros digitales utilizado en la descomposición de la señal acústica presente en el bosque.
La integración física “correcta por construcción (CBC)" es el proceso por el que se obtienen los archivos necesarios para la fabricación de un circuito integrado a partir de la descripción en HDL de un sistema digital. Este proceso se realiza mediante un flujo para el diseño de circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) con las herramientas comerciales de Synopsys
New clock gating techniques for low power flip-flops
Two novel low power flip-flops are presented
in the paper. Proposed flip-flops use new gating
techniques that reduce power dissipation deactivating
the clock signal. Presented circuits overcome the clock
duty-cycle limitation of previously reported gated flipflops.
Circuit simulations with the inclusion of parasitics show
that sensible power dissipation reduction is possible if
input signal has reduced switching activity. A 16-bit
counter is presented as a simple low power application
New clock gating techniques for low power flip-flops
Two novel low power flip-flops are presented
in the paper. Proposed flip-flops use new gating
techniques that reduce power dissipation deactivating
the clock signal. Presented circuits overcome the clock
duty-cycle limitation of previously reported gated flipflops.
Circuit simulations with the inclusion of parasitics show
that sensible power dissipation reduction is possible if
input signal has reduced switching activity. A 16-bit
counter is presented as a simple low power application
Recommended from our members
Continuous-Time and Companding Digital Signal Processors Using Adaptivity and Asynchronous Techniques
The fully synchronous approach has been the norm for digital signal processors (DSPs) for many decades. Due to its simplicity, the classical DSP structure has been used in many applications. However, due to its rigid discrete-time operation, a classical DSP has limited efficiency or inadequate resolution for some emerging applications, such as processing of multimedia and biological signals. This thesis proposes fundamentally new approaches to designing DSPs, which are different from the classical scheme. The defining characteristic of all new DSPs examined in this thesis is the notion of "adaptivity" or "adaptability." Adaptive DSPs dynamically change their behavior to adjust to some property of their input stream, for example the rate of change of the input. This thesis presents both enhancements to existing adaptive DSPs, as well as new adaptive DSPs. The main class of DSPs that are examined throughout the thesis are continuous-time (CT) DSPs. CT DSPs are clock-less and event-driven; they naturally adapt their activity and power consumption to the rate of their inputs. The absence of a clock also provides a complete avoidance of aliasing in the frequency domain, hence improved signal fidelity. The core of this thesis deals with the complete and systematic design of a truly general-purpose CT DSP. A scalable design methodology for CT DSPs is presented. This leads to the main contribution of this thesis, namely a new CT DSP chip. This chip is the first general-purpose CT DSP chip, able to process many different classes of CT and synchronous signals. The chip has the property of handling various types of signals, i.e. various different digital modulations, both synchronous and asynchronous, without requiring any reconfiguration; such property is presented for the first time CT DSPs and is impossible for classical DSPs. As opposed to previous CT DSPs, which were limited to using only one type of digital format, and whose design was hard to scale for different bandwidths and bit-widths, this chip has a formal, robust and scalable design, due to the systematic usage of asynchronous design techniques. The second contribution of this thesis is a complete methodology to design adaptive delay lines. In particular, it is shown how to make the granularity, i.e. the number of stages, adaptive in a real-time delay line. Adaptive granularity brings about a significant improvement in the line's power consumption, up to 70% as reported by simulations on two design examples. This enhancement can have a direct large power impact on any CT DSP, since a delay line consumes the majority of a CT DSP's power. The robust methodology presented in this thesis allows safe dynamic reconfiguration of the line's granularity, on-the-fly and according to the input traffic. As a final contribution, the thesis also examines two additional DSPs: one operating the CT domain and one using the companding technique. The former operates only on level-crossing samples; the proposed methodology shows a potential for high-quality outputs by using a complex interpolation function. Finally, a companding DSP is presented for MPEG audio. Companding DSPs adapt their dynamic range to the amplitude of their input; the resulting can offer high-quality outputs even for small inputs. By applying companding to MPEG DSPs, it is shown how the DSP distortion can be made almost inaudible, without requiring complex arithmetic hardware
Methods for Robust and Energy-Efficient Microprocessor Architectures
Σήμερα, η εξέλιξη της τεχνολογίας επιτρέπει τη βελτίωση τριών βασικών στοιχείων της σχεδίασης των επεξεργαστών: αυξημένες επιδόσεις, χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος και χαμηλότερο κόστος παραγωγής του τσιπ, ενώ οι σχεδιαστές επεξεργαστών έχουν επικεντρωθεί στην παραγωγή επεξεργαστών με περισσότερες λειτουργίες σε χαμηλότερο κόστος. Οι σημερινοί επεξεργαστές είναι πολύ ταχύτεροι και διαθέτουν εξελιγμένες λειτουργικές μονάδες συγκριτικά με τους προκατόχους τους, ωστόσο, καταναλώνουν αρκετά μεγάλη ενέργεια. Τα ποσά ηλεκτρικής ισχύος που καταναλώνονται, και η επακόλουθη έκλυση θερμότητας, αυξάνονται παρά τη μείωση του μεγέθους των τρανζίστορ. Αναπτύσσοντας όλο και πιο εξελιγμένους μηχανισμούς και λειτουργικές μονάδες για την αύξηση της απόδοσης και βελτίωση της ενέργειας, σε συνδυασμό με τη μείωση του μεγέθους των τρανζίστορ, οι επεξεργαστές έχουν γίνει εξαιρετικά πολύπλοκα συστήματα, καθιστώντας τη διαδικασία της επικύρωσής τους σημαντική πρόκληση για τη βιομηχανία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Συνεπώς, οι κατασκευαστές επεξεργαστών αφιερώνουν επιπλέον χρόνο, προϋπολογισμό και χώρο στο τσιπ για να διασφαλίσουν ότι οι επεξεργαστές θα λειτουργούν σωστά κατά τη διάθεσή τους στη αγορά.
Για τους λόγους αυτούς, η εργασία αυτή παρουσιάζει νέες μεθόδους για την επιτάχυνση και τη βελτίωση της φάσης της επικύρωσης, καθώς και για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των σύγχρονων επεξεργαστών. Στο πρώτο μέρος της διατριβής προτείνονται δύο διαφορετικές μέθοδοι για την επικύρωση του επεξεργαστή, οι οποίες συμβάλλουν στην επιτάχυνση αυτής της διαδικασίας και στην αποκάλυψη σπάνιων σφαλμάτων στους μηχανισμούς μετάφρασης διευθύνσεων των σύγχρονων επεξεργαστών. Και οι δύο μέθοδοι καθιστούν ευκολότερη την ανίχνευση και τη διάγνωση σφαλμάτων, και επιταχύνουν την ανίχνευση του σφάλματος κατά τη φάση της επικύρωσης. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής παρουσιάζεται μια λεπτομερής μελέτη χαρακτηρισμού των περιθωρίων τάσης σε επίπεδο συστήματος σε δύο σύγχρονους ARMv8 επεξεργαστές. Η μελέτη του χαρακτηρισμού προσδιορίζει τα αυξημένα περιθώρια τάσης που έχουν προκαθοριστεί κατά τη διάρκεια κατασκευής του κάθε μεμονωμένου πυρήνα του επεξεργαστή και αναλύει τυχόν απρόβλεπτες συμπεριφορές που μπορεί να προκύψουν σε συνθήκες μειωμένης τάσης. Για την μελέτη και καταγραφή της συμπεριφοράς του συστήματος υπό συνθήκες μειωμένης τάσης, παρουσιάζεται επίσης σε αυτή τη διατριβή μια απλή και ενοποιημένη συνάρτηση: η συνάρτηση πυκνότητας-σοβαρότητας. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται αναλυτικά η ανάπτυξη ειδικά σχεδιασμένων προγραμμάτων (micro-viruses) τα οποία υποβάλουν της θεμελιώδεις δομές του επεξεργαστή σε μεγάλο φορτίο εργασίας. Αυτά τα προγράμματα στοχεύουν στην γρήγορη αναγνώριση των ασφαλών περιθωρίων τάσης. Τέλος, πραγματοποιείται ο χαρακτηρισμός των περιθωρίων τάσης σε εκτελέσεις πολλαπλών πυρήνων, καθώς επίσης και σε διαφορετικές συχνότητες, και προτείνεται ένα πρόγραμμα το οποίο εκμεταλλεύεται όλες τις διαφορετικές πτυχές του προβλήματος της κατανάλωσης ενέργειας και παρέχει μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας διατηρώντας παράλληλα υψηλά επίπεδα απόδοσης. Αυτή η μελέτη έχει ως στόχο τον εντοπισμό και την ανάλυση της σχέσης μεταξύ ενέργειας και απόδοσης σε διαφορετικούς συνδυασμούς τάσης και συχνότητας, καθώς και σε διαφορετικό αριθμό νημάτων/διεργασιών που εκτελούνται στο σύστημα, αλλά και κατανομής των προγραμμάτων στους διαθέσιμους πυρήνες.Technology scaling has enabled improvements in the three major design optimization objectives: increased performance, lower power consumption, and lower die cost, while system design has focused on bringing more functionality into products at lower cost. While today's microprocessors, are much faster and much more versatile than their predecessors, they also consume much power. As operating frequency and integration density increase, the total chip power dissipation increases. This is evident from the fact that due to the demand for increased functionality on a single chip, more and more transistors are being packed on a single die and hence, the switching frequency increases in every technology generation. However, by developing aggressive and sophisticated mechanisms to boost performance and to enhance the energy efficiency in conjunction with the decrease of the size of transistors, microprocessors have become extremely complex systems, making the microprocessor verification and manufacturing testing a major challenge for the semiconductor industry. Manufacturers, therefore, choose to spend extra effort, time, budget and chip area to ensure that the delivered products are operating correctly. To meet high-dependability requirements, manufacturers apply a sequence of verification tasks throughout the entire life-cycle of the microprocessor to ensure the correct functionality of the microprocessor chips from the various types of errors that may occur after the products are released to the market.
To this end, this work presents novel methods for ensuring the correctness of the microprocessor during the post-silicon validation phase and for improving the energy efficiency requirements of modern microprocessors. These methods can be applied during the prototyping phase of the microprocessors or after their release to the market. More specifically, in the first part of the thesis, we present and describe two different ISA-independent software-based post-silicon validation methods, which contribute to formalization and modeling as well as the acceleration of the post-silicon validation process and expose difficult-to-find bugs in the address translation mechanisms (ATM) of modern microprocessors. Both methods improve the detection and diagnosis of a hardware design bug in the ATM structures and significantly accelerate the bug detection during the post-silicon validation phase. In the second part of the thesis we present a detailed system-level voltage scaling characterization study for two state-of-the-art ARMv8-based multicore CPUs. We present an extensive characterization study which identifies the pessimistic voltage guardbands (the increased voltage margins set by the manufacturer) of each individual microprocessor core and analyze any abnormal behavior that may occur in off-nominal voltage conditions. Towards the formalization of the any abnormal behavior we also present a simple consolidated function; the Severity function, which aggregates the effects of reduced voltage operation. We then introduce the development of dedicated programs (diagnostic micro-viruses) that aim to accelerate the time-consuming voltage margins characterization studies by stressing the fundamental hardware components. Finally, we present a comprehensive exploration of how two server-grade systems behave in different frequency and core allocation configurations beyond nominal voltage operation in multicore executions. This analysis aims (1) to identify the best performance per watt operation points, (2) to reveal how and why the different core allocation options affect the energy consumption, and (3) to enhance the default Linux scheduler to take task allocation decisions for balanced performance and energy efficiency