نوار کناری
درس:۴۰۷۲۷
طراحی سیستم‌های دیجیتال کم‌توان
Low Power Design
| شماره درس: ۴۰۷۲۷ | تعداد واحد: ۳ |
| مقطع: کارشناسی ارشد | نوع درس: نظری |
| پیش‌نیاز: معماری کامپیوتر، آمار و احتمال مهندسی | هم‌نیاز: – |
ریز مواد
- تعاریف، کلیات و مفاهیم پایه
- اهداف طراحی: کاهش توان مصرفی لحظه‌ای، کاهش توان مصرفی متوسط، کاهش انرژی مصرفی، مدیریت دما، پرهیز از نقاط داغ (Hot Spots)
- موانع کاهش توان مصرفی
- انواع توان مصرفی شامل انواع توان مصرفی پویا و ایستا، مفهوم فعالیت در توان مصرفی پویا، پارامترهای تعیین‌کننده در توان و انرژی مصرفی، مدل نگهداری انرژی در باتری، توان مصرفی سوئیچ کنندگی، توان مصرفی نشتی، توان مصرفی اتصال کوتاه
- دلایل نیاز محاسبات به مصرف انرژی
- توان مصرفی در اتصالات
- کاهش دامنه‌ی تغییر ولتاژ (Voltage Swing)
- روش‌های کد کردن اطلاعات برای کاهش توان و انرژی مصرفی (Low-Power Encoding)، روش‌های فشرده‌سازی داده و توان مصرفی
- روش معکوس‌سازی گذرگاه (Bus Inverting)، افراز گذرگاه برای بهبود توان مصرفی
- مدولاسیون مبتنی بر گذار (Transition Signaling)، کاربرد کدهای با وزن همینگ محدود در کاهش توان مصرفی (Limited Weighted Codes)
- مقایسه روش معکوس‌سازی گذرگاه با روش محدود‌سازی وزن همینگ
- روش‌های سطح مدار برای مدیریت توان و انرژی مصرفی
- روش استفاده از سطوح مختلف ولتاژ آستانه (Multi Threshold)
- روش استفاده از سطوح مختلف ولتاژ تغذیه (Multi VDD)، مشکل روش Multi VDD برای توان مصرفی اتصال کوتاه، استفاده از بافرهای SDCVSL
- الگوریتم مکاشفه‌ای (heuristic) ساختار CVS
- دلایل استفاده از الگوریتم‌ها و روش‌های مکاشفه‌ای در این حوزه
- روش‌های سطح گیت یا سطح منطق برای مدیریت توان و انرژی مصرفی
- تخمین فعالیت در سطح منطق، مشکل شاخه‌های انشعاب همگرا (Re-convergent Fan-out) برای تخمین فعالیت
- روش کاهش توان مصرفی با تجزیه و نگاشت در ابزارهای سنتز
- روش جابه‌جا کردن ورودی‌ها، جابه‌جا کردن گیت‌ها (و ترانزیستورها)
- روش افزونگی و همروندی (CR) و اهمیت آن به‌عنوان یک روش مبنایی
- تخمین فعالیت در مدارهای ترتیبی (FSM) با مدل مارکوف گسسته
- تخصیص کد برای کاهش توان مصرفی در FSM
- روش‌های سطح انتقال ثبات (RTL) برای مدیریت توان و انرژی مصرفی
- روش قطع کردن سیگنال ساعت (Clock Gating)، حل مشکل انحراف سیگنال ساعت (Clock Skew) و glitchها در سیگنال ساعت برای این روش
- روش مستقل‌سازی عملوندها (Operand Isolation)
- روش CR در سطح تجرید انتقال ثبات
- روش پیش محاسبه برای کاهش توان مصرفی (Pre-Computation)
- Cache کردن برای کاهش انرژی مصرفی
- مدیریت تعداد Glitchها برای مدیریت توان و انرژی مصرفی
- روش کنترل سطح بلوک در RTL (Block-Level Control)
- استفاده از خط لوله (Pipeline) برای کاهش توان و انرژی مصرفی
- روش‌های سطح سیستم برای مدیریت توان و انرژی مصرفی
- ارتباط بی‌درنگی و روش‌های سطح تجرید سیستم
- روش تغییر پویای ولتاژ تغذیه و فرکانس (DVFS)
- مصالحه میان قابلیت اطمینان، انرژی مصرفی و بی‌درنگی در سیستم‌های بی‌درنگ دارای DVFS
- روش مدیریت پویای توان (DPM)
- روش تنظیم تطبیقی ولتاژ بدنه (ABB)
- مقایسه‌ی DVFS، DPM و ABB
- حل مسائل بهینه‌سازی در حوزه‌ی توان و انرژی مصرفی در سطح سیستم
- مدارهای دیجیتال آدیاباتیک
- قضیه‌ی مصرف توان با جریان ثابت
- مفهوم سیستم‌های دیجیتال آدیاباتیک و تفاوت‌های آن با سیستم‌های دیجیتال کلاسیک
- منابع تغذیه‌ی APS و یکسان بودن سیگنال ساعت با تغذیه
- مشکل اتصال آبشاری مدارهای آدیاباتیک و حل مشکل با تودرتو سازی (Retractile)
- اهمیت مفهوم بازگشت‌پذیری (Reversibility) در مدارهای آدیابتیک و در مصرف انرژی
- منطق‌های آدیاباتیک مانند 2LAL و RERL
- مدیریت دما
- روش‌های مدل‌سازی دما با تقلید توسط مدارهای الکتریکی
- روش‌های مدیریت دما شامل DVS و DFS (تغییر پویای فرکانس کاری)
- کاربرد قطع کردن سیگنال ساعت در مدیریت دما
- روش قطع کردن واکشی (Fetch Gating) در پردازنده‌ها برای مدیریت دما
- روش مهاجرت محاسبات (Computation Migration) برای مدیریت دما
- بحث مدیریت دما در سیستم‌های بی‌درنگ
ارزیابی
- امتحان میان‌ترم (حدوداً 35% با تأثیر مثبت)
- امتحان آخر ترم (حدوداً 35% با تأثیر قطعی)
- تمرین ها (10% البته در صورت تحویل ندادن نمره‌ی منفی دارد)
- پروژه (حدود 20%)
مراجع
1) Low-Power Electronics Design. C.Piguet, Ed. CRC Press, 2018.
2) Published conference and journal papers.
درس/۴۰۷۲۷.txt · آخرین ویرایش: 2023/03/11 14:32 توسط مرتضی امینی