Chapter 1Введение
.1.1Почему рассматриваются асинхронные схемы?
Большинство цифровых схем спроектированных и выпущенных на сегодняшний день «синхронны». По сути, они основываются на двух основных предположениях сильно упрощающих проектирование: (1) все сигналы двоичны и (2) все компоненты разделяют общее дискретное понятие времени, определяемое тактовым сигналом, распространяющимся через всю схему.
Асинхронные схемы фундаментально отличны: они также подразумевают двоичность сигналов, но не дискретность времени, вместо этого схемы используют кивтирование для согласования взаимодействия и последовательности операций. Выражаясь 'синхронными терминами' это подобно поведению высокодимкрет изированного сигнала и локаньных нефинфазных синхросигналов и перод схемы определяется реальными задержками схемы — регистры тактируются только когда это необходимо.
Это дает асинхронным схемам врожденные свойства которые можно было бы использовать (и используются) перечисленных ниже в областях. Более детально о механизмах получения выигрышей в данных областях описано в [140].
Низкое потребление мощьности, [136, 138, 42, 45, 99, 102]
...при выскодискретном синхросигнале и нулевом потреблении в дежурном режиме.
Высокое быстродействие, [156, 157, 88]
...быстродействие определяется действительными задержками, а не глобальным худшим случаем.
Низкое электромагнитное излучение, [136, 109]
...локальные синхросигналы переключаются в случайные моменты времени.
Устойчивость к изменениям температуры, напряжению питания и девиации производственных параметров, [87, 98, 100]
... синхронизация основана на согласованных задержках (и даже может быть нечувствительна к задержкам схемы и проводников).
Лучшая модульность, [92, 80, 142, 128, 124]
... благодаря простому интерфейсу квитирвоания и локальным синхросигналам.
Отсутствие распространения синхросигналов и смещения их фаз,
... в схемах нет общего тактового синхросигналаи соотвественно изменния его фазы при распространении по схеме.
С другой стороны есть инекоторые недостатки. Асинхронная управляющая логика, реализующая квитирование, обычн требует дополнительных затрат в виде повышенной площади кристалла, быстродействия схемы и потребления мощности. Т.о. имеет смысл задаться вопросом - окупятся ли вложения, т.е. даст ли использование асинхронной логики существенный выигрыш в олдной или нескольких из перечисленных областей. Другое препятствие – дефицит CAD инструментов и методик вкупе с дефицитом инструментов для тестирования и создания тестовых последовательностей.
Исследования в асинхронном проектирвоании начались в середине 1950х [93, 92], но до конца 1990х проекты в основном сосредоточены в академических и промышленных примерах возможности проектирования асинхронных схем имеющих существенные преимущества в нетривиальных ситуациях и имеет место начало коммерциализации данного направления. Последние примеры представлены в [106] и части III данной книги.
.1.2Цели и предпосылки
Уже имеется несколько отличных статей и книг посвященных введению в проектирование асинхронных схем [54, 33, 34, 35, 140, 69, 124] так же как и монограмм и пособий посвященных этому включая [106, 14, 25, 18, 95] – зачем же в таком случае нужно еще одно введение в проектирование асинхронных схем? Вот несколько причин:
Опыт проектирования нескольких асихронных микросхем [123, 103] и обучения этому студентов и инженеров за последние 10 лет показывает что только знаний и основных принципов и теорий недостаточно для проектирования эффективных асинхронных схем. Опыт показывает, что имеется большая пропасть между описываемыми методами и принципами в упомянутых выше источниках и документами, описывающими текущие проекты и исследования. Необходимо нечто большее чем просто знать правила игры чтобы выигрывать. Сокращение этого разрыва основано на опыте и хорошем понимании природы асинхронных схем. «Простой переход к асинхронности» приводит к большим, медленным и более потребляющим схемам. Основная проблема в использовании асинхронных методов для проектирования в алгоритмах и арихитектуре приложений. Это подразумевает, что асинхронные методы не весгда могут быть верным решением проблемы.
Другой аспект состоит в точм, что асинхронное проектирование доятаточно молодая дисциплина. Разные исследователи предлагают разные структуры схем и методы проектирования. На первый взгляд они могут быть различны – наблюбдаемое в различии используемой терминологии, но при тщательном рассмотрении часто оказывается, что они основываются на одних и тех же принципах и приводит к схожим схемам.
И наконец, большинство из вышеупомянутых статей и книг по природе являются пилотными. В то время как для уже работающих вданной области они вполне понятны, масса теорий и опытных работ создает препятсвия для новичков, желающих начать проектирование асинхронных схем.
Согласно приведенному выше введению цели данного руководства: (1) провести бьолее выборочное введение в асинхронное проектирование, (2) акцентирование на базовых принципах и схожэестях различных подходов и (3) дальнейшее введение в проектирование практически полезных схем.
|
