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Estudo e Implementação de Lógica Adiabática para Circuitos Integrados com Baixo Consumo LUCAS MACHADO Orientador: Prof Dr. Renato Perez Ribas Banca: Prof.

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1 Estudo e Implementação de Lógica Adiabática para Circuitos Integrados com Baixo Consumo LUCAS MACHADO Orientador: Prof Dr. Renato Perez Ribas Banca: Prof. Dr. Gilson Inácio Wirth e Prof. Dr. André Inácio Reis UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE INFORMÁTICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO

2 Introdução Contexto Motivação Objetivos Estilos lógicos digitais Estilos lógicos de baixo consumo Escala de tensão Lógica Adiabática Análise Elétrica Ferramentas Funcionamento Comparação Layout Implementação Somador completo CMOS 2N-2N2P Comparação Sumário Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

3 Circuito integrado Introdução Contexto Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

4 Circuito integrado consome energia Introdução Contexto Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação Circuito integrado

5 Ideia verde Menor dependência de fontes de energia não-renováveis Portáteis Maior duração da bateria Economia de energia Dissipação de calor Introdução Motivação Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

6 Estudo e implementação da Lógica Adiabática Comparação das lógicas eletricamente Estudar possibilidade de criação de uma biblioteca de células utilizando lógica adiabática Introdução Objetivos Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

7 PMOS NMOS CMOS Com transistores de passagem Dinâmico Introdução Estilos Lógicos Digitais Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

8 E = (RC/T)*CV² Estilos Lógicos de baixo consumo Escala de Tensão Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação Performance Consumo

9 O termo adiabático na física é relacionado a um processo que mantém a energia do sistema, sem entrar ou dissipar calor Em CIs, o termo se refere a uma lógica de transistores que recupera a energia descarregada Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

10 Em um circuito CMOS convencional, a maior parte da energia dissipada é referente a capacitância de gate E = (RC/T)*CV² Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

11 Diversas: 2N-2N2P Clocked CMOS adiabatic logic (CAL) Pass-Transistor Adiabatic Logic (PAL) Efficient Charge Recovery Logic (ECRL) Positive Feedback Adiabatic Logic (PFAL) True Single-Phase Energy-Recovering Logic (TSEL) Single-phase source-coupled adiabatic logic (SCAL) Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

12 Transistores MN3 e MN4 implementam a função a ser executada Transistores MP1, MP2, MN1 e MN2 fazem a memorização das saídas Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

13 Tem-se quatro fases de funcionamento: entrada, avaliação, retenção e recuperação Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

14 Modelo PTM Análise Elétrica Ferramentas Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação SpiceOpus

15 TSEL e SCAL não funcionaram com o modelo PAL não funcionou a 250 MHz 2N-2N2P: Análise Elétrica Funcionamento Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação Entrada Negada Entrada Saída Saída Negada Fonte

16 Recuperação de energia acontece até atingir a tensão de threshold Análise Elétrica Consumo Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

17 Análise Elétrica Comparação Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

18 Layout O que é layout simbólico? Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

19 Layout Lógica Adiabática Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

20 Layout Lógica Adiabática Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação Tensão do sistema? Terra? Tensão de referência? Diferentes fontes de clock

21 Implementação Full-Adder CMOS Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

22 Implementação Full-Adder 2N-2N2P Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

23 Implementação Full-Adder Comparação Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

24 Importância pela revisão da literatura Aprendizado e desenvolvimento de uma tecnologia alternativa Revisão de conceitos da faculdade Identificação de problemas e soluções Conclusão Pesquisa e Análise Elétrica Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

25 Conclusão Layout Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação PRÓSCONTRAS Altura pequenaVárias alimentações Facilidade de roteamentoCascateamento

26 Comprovado: robustez CMOS Alternativa: subthreshold em tecnologias menores Problema: diminuição da diferença: Vdd – Vth Solução: a ideia ainda é válida! Conclusão Comparação Porto Alegre, julho de UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

27 Estudo e Implementação de Lógica Adiabática para Circuitos Integrados com Baixo Consumo LUCAS MACHADO Perguntas? UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE INFORMÁTICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO


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