Digital elektronik och inbyggda system Per Larsson-Edefors perla@chalmers.se Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 1
Ett inbyggt system är uppbyggt kring en eller flera processorer, med en omgivning av skräddarsydd analog och digital elektronik. Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 2
Konstruktionsutmaning Specifik tillämpning/domän + inbyggnadskrav konstruktören måste optimera systemet m.a.p. prestanda, tillförlitlighet, storlek, effekt, kostnad, etc. Från ASICs, för de striktaste kraven, via FPGAs, till system med COTS-processor (CPU, GPU). Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 3
Varianter av hårdvara Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 4
Grunden: Förstärkning utsignal Förstärkande block t Brant lutning => stor förstärkning t insignal Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 5
Den enklaste förstärkaren resistans på R ohm insignal utsignal transistor Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 6
Vi behöver icke-linjära komponenter I D V GS I D V GS Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 7
för då kan vi få hög förstärkning! utsignal [i Volt] FALL 1 FALL 1 insignal [i Volt] Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 8
Simulering av FALL 1 V ut V in Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 9
Större transistor större förstärkning utsignal [i Volt] FALL 2 FALL 2 insignal [i Volt] Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 10
Simulering av FALL 2 V in Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 11
Vad hände? Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 12
Digitala grindar är förstärkare Digital teknik är robust mot brus: Hög störmarginal. Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 13
NAND-grind Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 14
Schema och layout för heladderare a b c c a b b b c a C a S c a a a b b b a b c c Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 15
Jakt på densitet = funktionalitet Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 16
Skalning Moore s lag Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 17
Slutet på en era Kiselatomen ~¼ nm Hittills har endast två chipstillverkare nått 7 nm. Source: IEEE Spectrum Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 18
Tunna lager, korta kanaler Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 19
2D -> 3D: FinFET Source: tek.no Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 20
Investera eller avvakta? NVIDIA Volta GPU @ 12 nm 815 mm 2 21 miljarder transistorer TDP 300 W vid 1 V, vad blir strömmen? Source: NVIDIA Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 21
Adaptiva tekniker allt viktigare Spara ström genom att anpassa spänningen till workload: P sw = f CV DD 2 Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 22
Accelerera delar av koden Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 23
Dedicerad accelerator Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 24
Start-stopp av accelerator Benchmark: EEMBC Autocorrelation Benchmark: EEMBC FFT Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 25
Digital elektronik en utmaning Mer funktionalitet förväntas. Högre prestanda förväntas. Samtidigt, håll ned energiförbrukning. Hårdvara bättre än mjukvara för prestanda och energi. Mjukvara bättre än hårdvara för funktionalitet, speciellt vid förändring av funktionalitet. Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 26
Embedded Electronic System Design (MPEES) SW/HW Apps EDA Electricity Komplex teknologi och metodik möjligheter & begränsningar Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 27
MPEES åk 1 Q1 Q2 Q3 Q4 Intro Electronic System Design Mixed Sign Syst or Packaging Project Intro IC Design Methods for Design & Verif Real-Time Systems DSP Design Digital elektronik och inbyggda system, 2019 Sida 28