Algoritmos para VLSI

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Créditos
6
Tipos
Complementaria de especialidad (Computación Avanzada)
Requisitos
Esta asignatura no tiene requisitos
Departamento
CS
Most of the design flow of an integrated circuit is automated, starting from the specifications using Hardware Description Languages until reaching the physical layout. The flow goes through through different synthesis and analysis phases: behavioral synthesis, logic synthesis, floorplanning, placement, routing, timing analysis, formal verification, etc. This course will review the most important algorithmic aspects in design automation of electronic circuits. A significant part of the course will be devoted to algorithms for minimization of Boolean functions and representation with logic gates. The algorithms for physical design (floorplanning, placement and routing) will be mostly based on solving problems with graph models.

Course Syllabus (summary). Circuit design flow: from specification to layout. Minimization of logic circuits: algorithms for two-level and multi-level logic synthesis.
Technology mapping. Algorithms for physical synthesis: floorplanning, placement and routing. Formal verification: equivalence and model checking.

Profesorado

Responsable

  • Jordi Cortadella Fortuny ( )

Horas semanales

Teoría
2
Problemas
1
Laboratorio
0
Aprendizaje dirigido
0
Aprendizaje autónomo
4

Competencias

Competencias Técnicas de cada especialidad

Advanced computing

  • CEE3.1 - Capacidad para identificar barreras computacionales y analizar la complejidad de problemas computacionales en diversos ámbitos de la ciencia y la tecnología; así como para representar problemas de alta complejidad en estructuras matemáticas que puedan ser tratadas eficientemente con esquemas algorítmicos.
  • CEE3.2 - Capacidad para utilizar un espectro amplio y variado de recursos algorítmicos para resolver problemas de alta dificultad algorítmica.
  • CEE3.3 - Capacidad para entender las necesidades computacionales de problemas de disciplinas distintas de la informática y efectuar contribuciones significativas en equipos multidisciplinares que usen la computación.

Competencias Técnicas Genéricas

Genéricas

  • CG1 - Capacidad para aplicar el método científico en el estudio y análisis de fenómenos y sistemas en cualquier ámbito de la Informática, así como en la concepción, diseño e implantación de soluciones informáticas innovadoras y originales.
  • CG3 - Capacidad para el modelado matemático, cálculo y diseño experimental en centros tecnológicos y de ingeniería de empresa, particularmente en tareas de investigación e innovación en todos los ámbitos de la Informática.

Competencias Transversales

Razonamiento

  • CTR6 - Capacidad de razonamiento crítico, lógico y matemático. Capacidad para resolver problemas dentro de su área de estudio. Capacidad de abstracción: capacidad de crear y utilizar modelos que reflejen situaciones reales. Capacidad de diseñar y realizar experimentos sencillos, y analizar e interpretar sus resultados. Capacidad de análisis, síntesis y evaluación.

Básicas

  • CB6 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
  • CB8 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
  • CB9 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Contenidos

  1. Introduction.
    Integrated circuit fabrication. Layout layers and design rules. VLSI design flow. VLSI design styles.
  2. Two-level logic synthesis
    Boolean Algebras. Representation of Boolean functions. Quine-McCluskey algorithm. Heuristic logic minimization: Espresso.
  3. Multi-level logic synthesis.
    Kernel-based algebraic decomposition. AIG-based decomposition. Technology mapping for standard cells and FPGAs.
  4. Formal verification
    Binary Decision Diagrams. Combinational equivalence checking. Sequential equivalence checking. Model checking with temporal logic.
  5. Partitioning and Floorplanning
    Partitioning algorithms. Representation of floorplans. Slicing floorplans. Floorplanning algorithms.
  6. Placement
    Optimization objectives. Algorithms for global placement. Algorithms for legalization and detailed placement.
  7. Global routing
    Representation of routing regions. Algorithms for single-net and full-net routing.
  8. Detailed routing
    Horizontal and vertical constraint graphs. Channel routing. Switchbox routing. Over-the-cell routing.

Actividades

Actividad Acto evaluativo


Learning the design flow of a VLSI circuit



Teoría
2h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
2h

Learning of algorithms for logic synthesis



Teoría
10h
Problemas
4h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
20h

Learning of techniques for formal verification of circuits



Teoría
6h
Problemas
4h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
14h

Learning of techniques for circuit floorplanning and placement



Teoría
8h
Problemas
4h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
20h

Learning of routing algorithms



Teoría
10h
Problemas
6h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
16h

Metodología docente

The theoretical content of the course is taught in the theory lectures. During the practical classes, practical examples are solved and different types of problems are proposed. These problems will have to be solved during the time of autonomous learning. An algorithmic project will also be proposed during the course. Students will have to solve and implement it during their time of autonomous learning.

Método de evaluación

Grade = 35% FP + 35% FT + 30% EX

FP = Final Project (graded from 0 to 10) in which each participant is required to develop a project on some algorithmic problem related to Electronic Design Automation, either proposed by the professor or by the student. The results of the project will have to be presented in class. The source code of the software will have to be delivered in some form such that the results of the project can be easily generated by executing the application.

FT = Final Test graded from (0 to 10) covering the contents of the course.

EX = Exercises assigned to the student and solved during the Autonomous Learning time. Two assignments will be delivered during the course (15% of the grade each one).

Bibliografía

Básica: