Detail předmětu

Pokročilé techniky návrhu číslicových systémů

PND Ak. rok 2020/2021 zimní semestr

Předmět představuje pokročilé techniky návrhu číslicových systémů. Je zaměřen na logickou syntézu a verifikaci složitých číslicových obvodů, efektivní využití hardwarových a softwarových prostředků a moderních technologií pro konstrukci hardwarových zařízení. V rámci předmětu budou diskutovány následující oblasti: Pokročilá logická syntéza a verifikace, syntéza obvodů z vysokoúrovňových jazyků, hardware/software codesign, návrh zařízení s ohledem na nízkou spotřebu a rekonfigurovatelné počítání. Uvedené přístupy a techniky budou ukázány na příkladech aplikačně specifických systémů.

Okruhy otázek k SDZ

  1. Principy logické syntézy digitálních obovdů (reprezentace, optimalizace, mapování)
  2. Moderní přístupy k syntéze číslicových obvodů (AIG, BDD, ověřování funkční ekvivalence).
  3. Syntéza HW z vyšších programovacích jazyků (reprezentace, alokace, plánování, přiřazení).
  4. Aplikace omezujících podmínek.
  5. Verifikace číslicových obvodů, metodologie OVM.
  6. Výpočetní technologie (FPGA, 3D IC, IP-core, hard/soft CPU, DSP atd.).
  7. Vestavěné systémy, architektura SW. 
  8. Metodika návrhu HW/SW codesign, platformy, programovatelné logické obvody.
  9. Rekonfigurovatelné počítání.   
  10. Techniky návrhu energeticky efektivních a nízkopříkonových systémů. 

Garant předmětu

Jazyk výuky

český

Zakončení

zkouška (ústní)

Rozsah

39 hod. přednášky

Bodové hodnocení

100 zkouška

Zajišťuje ústav

Přednášející

Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu

Studenti budou schopni použít moderní techniky, nástroje a technologie pro návrh hardwarových zařízení.

Dovednosti, znalosti a kompetence obecné

Použití moderních technik návrhu hardwarových zařízení.

Cíle předmětu

Porozumět pokročilým technikám návrhu komplexních číslicových systémů. Získat schopnosti nutné k využití moderních technologií a návrhových systémů pro konstrukci hardwarových zařízení. Pochopit moderní principy syntézy obvodů, získat pokročilé znalosti z oblasti hardware/software codesign a rekonfigurovatelného počítání.

Literatura studijní

  • Victor Kravets, Alan Mishchenko, Smita Krishnasamy, Nilesh Modi, Robert Brayton, Ruchir Puri, Kanupriya Gulati, and Sunil Khatri. 2010. Advanced Techniques in Logic Synthesis, Optimizations and Applications. Springer Publishing Company, Incorporated.
  • Micheli G., High-Level Synthesis from Algorithm to Digital Circuit, ISBN 978-1-4020-8587-1, 2008
  • Joo Manuel Paiva Cardoso, Jos Gabriel de Figueiredo Coutinho, and Pedro C. Diniz. 2017. Embedded Computing for High Performance: Efficient Mapping of Computations Using Customization, Code Transformations and Compilation. Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, CA, USA.
  • Marwedel, P.: Embeded System Design: Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems and the Internet of Things, 3rd Edition. Springer, USA, 2018, ISBN 978-3-319-56043-4.
  • J. M. Rabaey, Low Power Design Essentials, Series on Integrated Circuits and Systems, New York, NY: Springer New York, 2009.
  • Sarkar, Angsuman, Swapnadip De, Manash Chanda, and Chandan Kumar Sarkar. 2016. Low Power VLSI Design Fundamentals.

Literatura referenční

  • Victor Kravets, Alan Mishchenko, Smita Krishnasamy, Nilesh Modi, Robert Brayton, Ruchir Puri, Kanupriya Gulati, and Sunil Khatri. 2010. Advanced Techniques in Logic Synthesis, Optimizations and Applications. Springer Publishing Company, Incorporated.
  • Micheli G., High-Level Synthesis from Algorithm to Digital Circuit, ISBN 978-1-4020-8587-1, 2008
  • Joo Manuel Paiva Cardoso, Jos Gabriel de Figueiredo Coutinho, and Pedro C. Diniz. 2017. Embedded Computing for High Performance: Efficient Mapping of Computations Using Customization, Code Transformations and Compilation. Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, CA, USA.
  • Marwedel, P.: Embeded System Design: Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems and the Internet of Things, 3rd Edition. Springer, USA, 2018, ISBN 978-3-319-56043-4.
  • J. M. Rabaey, Low Power Design Essentials, Series on Integrated Circuits and Systems, New York, NY: Springer New York, 2009.
  • Sarkar, Angsuman, Swapnadip De, Manash Chanda, and Chandan Kumar Sarkar. 2016. Low Power VLSI Design Fundamentals.

Osnova přednášek


  1. Úvod: Shrnutí stávajících přístupů pro konstrukci číslicových zařízení. 
  2. Moderní přístupy k syntéze číslicových obvodů, optimalizace na logické úrovni a na úrovni cílové technologie. Modely a metody syntézy (AIG, BDD,ověřování funkční ekvivalence).
  3. Syntézu obvodů z vysokoúrovňových programovacích jazyků (reprezentace obvodu, proces plánovaní, alokace a přiřazení zdrojů).
  4. Funkční verifikace číslicových obvodů s ohledem na pokrytí zdrojového kódů, stavů, atd. Synergie logické syntézy a verifikace. Metodologie OVM.
  5. Vestavěný počítačový systém, postupy návrhu vestavěných systémů s mikrokontroléry, specifikace požadavků na vestavěné systémy.
  6. Metody volby nejvhodnější platformy pro realizaci vestavěného systému, postupy při výběru vhodných klíčových součástí systému. 
  7. Typická architektura software vestavěného systému. Testování, ladění a diagnostika vestavěných systémů.
  8. Moderní výpočetní technologie, struktury a heterogenní platformy (FPGA, 3D IC, IP-core, hard/soft CPU, DSP atd.).
  9. Souběžný návrh vestavěných HW/SW systémů (modely, rozdělování, odhady, syntéza, integrace, optimalizace).
  10. Rekonfigurovatelné počítání - urychlování výpočtů v hardware při flexibilitě návrhu blízké software (rekonfigurace, návrhové systémy pro popis v C/C++ a high-level syntézu atd.).
  11. Návrhu vestavěných systémů s ohledem na optimalizaci spotřeby energie (minimalizace příkonu na různých úrovních, ambientní zdroje energie a jejich použití atd.).
  12. Akcelerace aplikačně specifických časově kritických úloh (zpracování síťového provozu a obrazu).
  13. Aktuální trendy v oblasti technologií, logické syntézy a rekonfigurovatelného počítání.

Osnova ostatní - projekty, práce

Studenti vypracují projekt související s tematikou předmětu. 

Kontrolovaná výuka

Vypracování a prezentace projektu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program VTI-DR-4, obor DVI4, libovolný ročník, volitelný
Nahoru