myCACTI: A new cache design tool for pipelined nanometer caches

TThe presence of caches in microprocessors has always been one of the most important techniques in bridging the memory wall, or the speed gap between the microprocessor and main memory. This importance is continuously increasing especially as we enter the regime of nanometer process technologies (i.e. 90nm and below), as industry has favored investing a larger and larger fraction of a chip.s transistor budget to improving the on-chip cache. This is the case in practice, as it has proven to be an efficient way to utilize the increasing number of transistors available with each succeeding technology. Consequently, it becomes even more important to have cache design tools that give accurate representations of designs that exist in actual microprocessors. The prevalent cache design tools that are the most widely used in academe are CACTI [Wilton1996] and eCACTI [Mamidipaka2004], and these have proven to be very useful tools not just for cache designers, but also for computer architects. This dissertation will show that both CACTI and eCACTI still contain major limitations and even flaws in their design, making them unsuitable for use in very-deep submicron and nanometer caches, especially pipelined designs. These limitations and flaws will be discussed in detail. This dissertation then introduces a new tool, called myCACTI, that addresses all these limitations and, in addition, introduces major enhancements to the simulation framework. This dissertation then demonstrates the use of myCACTI in the cache design process. Detailed design space explorations are done on multiple cache configurations to produce pareto optimal curves of the caches to show optimal implementations. Detailed studies are also performed to characterize the delay and power dissipation of different cache configurations and implementations. Finally, future directions to the development of myCACTI are identified to show possible ways that the tool can be improved in such a way as to allow even more different kinds of studies to be performed

Solid State Circuits Technologies

The evolution of solid-state circuit technology has a long history within a relatively short period of time. This technology has lead to the modern information society that connects us and tools, a large market, and many types of products and applications. The solid-state circuit technology continuously evolves via breakthroughs and improvements every year. This book is devoted to review and present novel approaches for some of the main issues involved in this exciting and vigorous technology. The book is composed of 22 chapters, written by authors coming from 30 different institutions located in 12 different countries throughout the Americas, Asia and Europe. Thus, reflecting the wide international contribution to the book. The broad range of subjects presented in the book offers a general overview of the main issues in modern solid-state circuit technology. Furthermore, the book offers an in depth analysis on specific subjects for specialists. We believe the book is of great scientific and educational value for many readers. I am profoundly indebted to the support provided by all of those involved in the work. First and foremost I would like to acknowledge and thank the authors who worked hard and generously agreed to share their results and knowledge. Second I would like to express my gratitude to the Intech team that invited me to edit the book and give me their full support and a fruitful experience while working together to combine this book

Variability-aware design of CMOS nanopower reference circuits

Questo lavoro è inserito nell'ambito della progettazione di circuiti microelettronici analogici con l'uso di tecnologie scalate, per le quali ha sempre maggiore importanza il problema della sensibilità delle grandezze alle variazioni di processo. Viene affrontata la progettazione di generatori di quantità di riferimento molto precisi, basati sull’uso di dispositivi che sono disponibili anche in tecnologie CMOS standard e che sono “intrinsecamente” più robusti rispetto alle variazioni di processo. Questo ha permesso di ottenere una bassa sensibilità al processo insieme ad un consumo di potenza estremamente ridotto, con il principale svantaggio di una elevata occupazione di area. Tutti i risultati sono stati ottenuti in una tecnologia 0.18μm CMOS. In particolare, abbiamo progettato un riferimento di tensione, ottenendo una deviazione standard relativa della tensione di riferimento dello 0.18% e un consumo di potenza inferiore a 70 nW, sulla base di misure su un set di 20 campioni di un singolo batch. Sono anche disponibili risultati relativi alla variabilità inter batch, che mostrano una deviazione standard relativa cumulativa della tensione di riferimento dello 0.35%. Abbiamo quindi progettato un riferimento di corrente, ottenendo anche in questo caso una sensibilità al processo della corrente di riferimento dell’1.4% con un consumo di potenza inferiore a 300 nW (questi sono risultati sperimentali ottenuti dalle misure su 20 campioni di un singolo batch). I riferimenti di tensione e di corrente proposti sono stati quindi utilizzati per la progettazione di un oscillatore a rilassamento a bassa frequenza, che unisce una ridotta sensibilità al processo, inferiore al 2%, con un basso consumo di potenza, circa 300 nW, ottenuto sulla base di simulazioni circuitali. Infine, nella progettazione dei blocchi sopra menzionati, abbiamo applicato un metodo per la determinazione della stabilità dei punti di riposo, basato sull’uso dei CAD standard utilizzati per la progettazione microelettronica. Questo approccio ci ha permesso di determinare la stabilità dei punti di riposo desiderati, e ci ha anche permesso di stabilire che i circuiti di start up spesso non sono necessari

Numerical Simulations

This book will interest researchers, scientists, engineers and graduate students in many disciplines, who make use of mathematical modeling and computer simulation. Although it represents only a small sample of the research activity on numerical simulations, the book will certainly serve as a valuable tool for researchers interested in getting involved in this multidisciplinary field. It will be useful to encourage further experimental and theoretical researches in the above mentioned areas of numerical simulation