Detail předmětu

Pokročilé číslicové systémy

PCS Ak. rok 2023/2024 zimní semestr 5 kreditů

Tento předmět je zaměřen na výuku pokročilých technik pro návrh číslicových obvodů. Nejprve je uveden stručný přehled základních přístupů pro modelování a simulaci obvodů s využitím jazyka VHDL a shrnuty základní vlastnosti cílových technologií jako jsou ASIC a FPGA. Následně jsou popsány pokročilé techniky minimalizace a syntézy číslicových obvodů (pipelining, retiming), které jsou doplněny o aplikaci omezujících podmínek. Hlavní část kurzu je zaměřena na objasnění moderních přístupů k syntéze číslicových systémů. Jsou popsány využívané metody a modely, na kterých jsou následně představeny postupy pro optimalizace na logické úrovni a z pohledu cílové technologie. Představeny jsou také postupy umožňující synergii syntézy a verifikace číslicových obvodů. Uvedená problematika je doplněna o další důležitá témata z této oblasti, jako je např. syntéza obvodů s ohledem na spotřebu a verifikace číslicových obvodů s využitím metodologie OVM.

Garant předmětu

Kořenek Jan, doc. Ing., Ph.D. (UPSY)

Koordinátor předmětu

Fučík Otto, doc. Dr. Ing. (UPSY)

Jazyk výuky

česky

Zakončení

zkouška (písemná)

Rozsah

  • 26 hod. přednášky
  • 10 hod. pc laboratoře
  • 16 hod. projekty

Bodové hodnocení

  • 60 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
  • 18 bodů půlsemestrální test (písemná část)
  • 10 bodů laboratoře
  • 12 bodů projekty

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Přednášející

Kekely Lukáš, Ing., Ph.D. (UPSY)
Kořenek Jan, doc. Ing., Ph.D. (UPSY)
Matoušek Jiří, Ing., Ph.D. (UPSY)
Zachariášová Marcela, Ing., Ph.D. (UPSY)

Cvičící

Kekely Lukáš, Ing., Ph.D. (UPSY)
Matoušek Jiří, Ing., Ph.D. (UPSY)
Zachariášová Marcela, Ing., Ph.D. (UPSY)

Cíle předmětu

Seznámit studenty s pokročilými metodami návrhu komplexních číslicových systémů, s jazyky pro popis hardware, profesionálními vývojovými prostředky, s implementací obvodů na programovatelných logických obvodech a technikami pro optimalizaci návrhu podle různých kritérií.
Studenti jsou schopni navrhnout komplexní číslicový systém optimalizovaný podle různých hledisek s využitím moderních návrhových metod a znají moderní metody pro syntézu a verifikaci takového systému.

Proč je předmět vyučován

Návrh reálných číslicových obvodů často vyžaduje pokročilé znalosti, např. hlubší pochopení procesu syntézy a jeho výsledku, návrh obvodu s ohledem na spotřebu, správné nastavení omezujících podmínek obvodu nebo jeho funkční verifikace. Cílem tohoto kurzu je studenta s těmito úlohami seznámit a připravit jej na budoucí povolání v této oblasti.

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

Základy návrhu číslicových systémů, základy programování.

Literatura studijní

  • Přednáškové materiály v elektronické podobě.
  • Khatri S. P., Gulati K. (eds.): Advanced Techniques in Logic Synthesis, Optimizations and Applications, ISBN 978-1-4419-7517-1, 2011
  • Rabaey J., Pedram M.: Low Power Design Methodologies, Kluwer, ISBN 0792396308, 1996

Osnova přednášek

  • Přehled tradičních technik, algoritmů a nástrojů pro návrh číslicových obvodů.
  • Přehled technologií pro realizaci číslicových obvodů (ASIC, FPGA).
  • Algoritmy pro minimalizaci číslicových obvodů.
  • Pokročilé techniky syntézy číslicových obvodů (pipelining, retiming)
  • Aplikace omezujících podmínek.
  • Modely a metody pro moderní syntézu číslicových obvodů (AIG, BDD, SAT solvery).
  • Moderní přístupy k syntéze číslicových obvodů (logické optimalizace).
  • Moderní přístupy k syntéze číslicových obvodů (optimalizace pro cílovou technologii).
  • Synergie syntézy a verifikace číslicových obvodů.
  • Návrh číslicových obvodů s ohledem na nízkou spotřebu.
  • Vývojové nástroje pro FPGA a SoC.
  • Verifikace číslicových obvodů (metodologie OVM).

Osnova počítačových cvičení

  • Syntéza základních logických obvodů, pipelining, retiming.
  • Aplikace omezujících podmínek.
  • Syntéza základních číslicových obvodů pomocí nástroje ABC.
  • Syntéza pokročilých číslicových obvodů pomocí nástroje ABC.
  • Verifikace číslicových obvodů.

Osnova ostatní - projekty, práce

  • Individuální projekt zaměřený na syntézu logických obvodů.

Průběžná kontrola studia

Půlsemestrální písemná zkouška a vypracování projektu v předepsaném termínu.

Výuka není povinná, v případě nepřítomnosti v laboratořích lze nahradit ztrátu bodů následujícím způsobem: 

  1. přijít do jiné skupiny, ve které se probírá stejná laboratorní úloha. 
  2. na následující laboratoři cvičícímu krátce předvést výsledky ze zameškané laboratoře. 
  3. zaslat  cvičícímu do 14 dní krátký protokol sumarizující výsledky zameškané laboratoře a obsahující odpovědi na otázky ze zadání.

Podmínky zápočtu

Zápočet není ustanoven.

Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoKapacitaPSKSkupInfo
Po poč. lab *) 1., 2. výuky N103 N104 N105 14:0015:5020 1MIT 2MIT xx
Po zkouška 2023-11-06 E105 18:0019:00 PCS - Půlsemestrální zkouška
Po přednáška 1., 2., 9., 12. výuky E105 18:0019:5070 1MIT 2MIT NEMB NGRI xx Kořenek
Po přednáška 3., 4., 5., 6., 7., 13. výuky E105 18:0019:5070 1MIT 2MIT NEMB NGRI xx Matoušek
Po přednáška 2023-11-20 E105 18:0019:5070 1MIT 2MIT NEMB NGRI xx Zachariášová
Po přednáška 2023-11-27 E105 18:0019:5070 1MIT 2MIT NEMB NGRI xx Kekely
Čt zkouška 2024-01-18 E104 08:0009:50 řádná
Čt poč. lab 3., 4. výuky N103 10:0011:5020 1MIT 2MIT xx Kekely
Čt poč. lab 5., 6. výuky N103 10:0011:5020 1MIT 2MIT xx Matoušek
Čt poč. lab 2023-09-21 N103 N104 N105 10:0011:5020 1MIT 2MIT xx
Čt poč. lab 2023-11-23 N103 10:0011:5020 1MIT 2MIT xx Zachariášová
Na výuku se nelze registrovat ve Studis. (Termíny cvičení mohou být v případě potřeby otevřeny dodatečně, ale nemusí být využity vůbec.)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru