Disseny del Processador

Crèdits
6
Tipus
Complementària d'especialitat (Computació d'Altes Prestacions)
Requisits
Aquesta assignatura no té requisits
Departament
DAC
This course offers a more advanced treatment of digital design in the context of microprocessors. Students are introduced to a design methodology which encompasses the range from architectural and logic models to system simulations. The course includes the design flow: logic synthesis, placement and routing; design verification; computer-aided digital system modeling, performance and power estimation, and design implementation with field programmable gate arrays. Alternative implementations (ASICs, PLAs) will also be discussed.

Professors

Responsable

  • Jose Maria Arnau Montañes ( )

Altres

  • Leonidas Kosmidis ( )
  • Ramon Canal Corretger ( )
  • Roger Espasa Sans ( )

Hores setmanals

Teoria
2
Problemes
0
Laboratori
2
Aprenentatge dirigit
0
Aprenentatge autònom
5.33

Competències

Competències Tècniques de cada especialitat

Computació d'altes prestacions

  • CEE4.1 - Capacitat d'analitzar, avaluar i dissenyar computadors i proposar noves tècniques de millora en la seva arquitectura.

Competències Tècniques Generals

Genèriques

  • CG1 - Capacitat per aplicar el mètode científic en l'estudi i anàlisi de fenòmens i sistemes en qualsevol àmbit de la Informàtica, així com en la concepció, disseny i implantació de solucions informàtiques innovadores i originals.

Competències Transversals

Treball en equip

  • CTR3 - Ser capaç de treballar com a membre d'un equip, ja sigui com a un membre més, ja sigui realitzant tasques de direcció, amb la finalitat de contribuir a desenvolupar projectes d'una manera pragmàtica i amb sentit de la responsabilitat; assumir compromisos tenint en compte els recursos disponibles.

Raonament

  • CTR6 - Capacitat de raonament crític, lògic i matemàtic. Capacitat de resoldre problemes en la seva àrea d'estudi. Capacitat d'abstracció: capacitat de crear i utilitzar models que reflecteixin situacions reals. Capacitat de dissenyar i realitzar experiments senzills, i analitzar-ne i interpretar-ne els resultats. Capacitat d'anàlisi, de síntesi i d'avaluació.

Bàsiques

  • CB6 - Que els estudiants sàpiguen aplicar els coneixements adquirits y la seva capacitat de resolució de problemes en entorns nous o poc coneguts dins de contexts més amplis (o multidisciplinaris) relacionats amb la seva àrea d'estudi.

Objectius

  1. To understand and implement a simple pipelined processor.
    Competències relacionades: CG1, CEE4.1, CB6, CTR3, CTR6,
  2. To program skillfully in a hardware description language
    Competències relacionades: CB6, CTR6,
  3. To understand the intricacies of advanced microprocessor structures such as the memory hierarchy, branch prediction, out-of-order execution and multithreading (among other).
    Competències relacionades: CG1, CEE4.1, CB6, CTR6,

Continguts

  1. Historical Perspective
    Description of how processor design has evolved through the technology changes from mechanical devices to the current FinFET transistors.
  2. Technology-Aware Processor Design
    Introduction to the quantification and evaluation of technology-related metrics such as area, power and timing.
  3. Processor Design Cycle and Fabrication
    Description of the VLSI Design stages including an introduction to placement and routing techniques.
  4. Memory Hierarchy
    Introduction to the efficient construction of on-chip memory structures. Design choices. Performance and power consumption.
  5. Modern Processor Architectures
    Description and implementation of state-of-the-art processor architectures such as superscalar, multithreading or chip-multiprocessors

Activitats

Activitat Acte avaluatiu


Eines de Disseny i Simulació

Aprenentatge de les eines d'especificació i simulació de circuits lògics. Repàs del funcionament i característiques bàsiques dels components del camí de dades d'un processador.
Objectius: 1 2
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
0h

Metodologia docent

The main concepts of processor architecture will be introduced in the lectures. In the interactive problem-solving classes the students will participate into applying the concepts learned into real world designs. Finally, the students will complete their learning experience with the lab sessions where they will put in practice the concepts learned in the lectures and applied in the problem-solving classes.

Mètode d'avaluació

El curs té tres notes:
1) Laboratori (Lab)
2) Presentació treball teoria (T)

La nota final de l'assignatura es calcularà com: 0,8 x Lab + 0,2 T

Bibliografia

Bàsica:

  • Superscalar microprocessor design - Johnson, Mike, Prentice Hall, cop. 1991. ISBN: 0138756341
    http://cataleg.upc.edu/record=b1100749~S1*cat
  • CMOS VLSI design : a circuits and systems perspective - Weste, Neil H.E; Harris, David Money, Addison Wesley, cop. 2011. ISBN: 0321547748
    http://cataleg.upc.edu/record=b1373132~S1*cat
  • Computer architecture : a quantitative approach - Hennessy, John L; Patterson, David A; Asanovic, Krste, Elsevier, Morgan Kaufmann, cop. 2012. ISBN: 9780123838728
    http://cataleg.upc.edu/record=b1395231~S1*cat
  • High-Performance Embedded Computing: Applications in Cyber-Physical Systems and Mobile Computing (2nd edition) - Wolf, Marilyn, Morgan Kaufman, 2014. ISBN: 978-0-12-410511-9