Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2013/14
01NOYOQ, 01NOYOV
Microelectronic systems
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica (Electronic Engineering) - Torino
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica (Computer Engineering) - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Anni incarico
Graziano Mariagrazia ORARIO RICEVIMENTO RC ING-INF/01 27 12 21 8
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/01 6 C - Affini o integrative A11
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Presentazione
Il corso e' erogato in lingua Inglese.


Insegnamento a scelta per la laurea magistrale in Ingegneria Elettronica e congiuntamente per la laurea magistrale in Ingegneria Informatica. E' collocato al secondo periodo didattico del primo anno accademico. Il modulo intende analizzare le metodologie progettuali di sistemi microelettronici complessi basati su dispositivi MOS su tecnologie avanzate, considerando le criticita' e i vincoli legati ai blocchi architetturali e microarchitetturali e addentrandosi negli specifici aspetti di tipo tecnologico che caratterizzano la progettazione di strutture basate su dispositivi e interconnessioni che rappresentano lo stato dell'arte dell'elettronica digitale. Le problematiche analizzate saranno applicate ad alcuni casi di studio nei laboratori attraverso l'utilizzo degli opportuni strumenti CAD di ausilio al progetto quali simulatori HDL, sintetizzatori, place&router, layout editor, simulatori a livello fisico.
Risultati di apprendimento attesi
- Conoscenze delle topologie MOS e della tecnologia su cui pone le radici, delle celle digitali basate su di essi e delle loro descrizioni a diversi livelli di astrazione e delle loro caratteristiche prestazionali (librerie di celle)
- Conoscenze delle caratteristiche delle interconnessioni di segnale e alimentazione nei circuiti integrati e delle problematiche progettuali ad esse legate
- Saper progettare strutture microachitetturali base di un sistema digitale integrato per l'elaborazione del segnale, quali blocchi aritmetici elementari, di controllo hardwired a microprogrammato e sistemi di memoria
- Conoscenza delle diverse tecniche di descrizione, simulazione e progetto a livello circuitale/architetturale/sistema finalizzate all'ottimizzazione delle prestazioni (area, frequenza, throughput, consumo)
- Abilita' nell'uso di strumenti CAD di aiuto alla progettazione dei circuiti integrati su tecnologie scalate: simulatori HDL, sintetizzatori, place&router, layout editor, simulatori a livello fisico
- Capacita' di analizzare le specifiche e i vincoli nel progetto di sistemi digitali complessi e le scelte algoritmiche
- Abilita' nella valutazione della complessita' computazionale, della banda di intereconnessione e sul dimensionamento numerico(rappresentazione dei dati/numero di bit) delle strutture di elaborazione complesse
- Conoscenze sulla derivazione architetturale, sull'allocazione delle risorse e lo scheduling.
- Capacita' di realizzare di sistemi a diversi regimi di clock, con tutte le tematiche relative alla sincronizzazione e interfacciamento tra di essi.
- Conoscenze sulla derivazione del controllo nelle sue varie forme e peculiarita', a partire dalle strutture hardwired fino ai sistemi di controllo microprogrammati.
- Abilita' di derivazione dell'unita' di esecuzione e del dimensionamento delle strutture interne in termini di potenza di calcolo, banda di i/o e concorrenza interna.
- Conoscenze sulle strutture base dell'elaborazione parallela integrata, con particolare enfasi alle strutture regolari di processing-element.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
Elettronica digitale di base, al livello corrispondente al termine del primo corso obbligatorio di Elettronica Digitale o di Elettronica for Embedded systems nel corso di laurea magistrale. Devono essere noti la fisica dei semiconduttori e i modelli elementari del transistore MOS, il linguaggio di descrizione dell'hardware (VHDL/VERILOG), le architetture di elaborazione complesse di microprocessori/DSP/microcontrollori.
Programma
. Casi di studio di architetture complesse come esempi di sistema microelettronico: struttura multithreading (T2 Ultrasparc), struttura CISC/RISC (Pentium 4), struttura per sistemi embedded (ARM 11). (0,5 CFU)

. Casi si studio di microarchitettura interna a ciascuno dei sosttositemi indicati (sommatore P4, moltiplicatore e logic blocks T2, divisore ARM, register file con windowing technique e multithreading T2). Sitemi di controllo a FSM, Hardwired e microprogrammato. (1,2 CFU)

. Celle digitali in tecnologia MOS combinatore e sequenziali per differenti topologie (CMOS, domino, DCVSL, transmission gate, C2MOS, TSPC) analizzate dal punto di vista delle loro figure di merito utilizzate in infase di progettazione di un circuito integrato (funzione, area, tempistiche, potenza): livelli di astrazione per una libreria di celle(funzionale alla simulazione di basso livello, funzionale al physical design, funzionale alla sintesi e alla simulazione di alto livello) (1,5 CFU)

. Descrizione delle interconnessioni, dei parametri parassiti; criteri di modellazione e progettazione; Temporizzazione e regimi di clock; descrizione delle fasi di realizzazione tecnologica.(1 CFU)

.Progetto top-down di sistemi microelettronici basati sui blocchi precedentemente descritti: cenni alle soluzioni architetturali e topologiche per l'ottimizzazione delle prestazioni, tecniche di sintesi, physical design e verifica post-layout.
(1,8 CFU)