Detail předmětu

Pokročilé techniky návrhu číslicových systémů

FIT-PNDAk. rok: 2021/2022

Předmět představuje pokročilé techniky návrhu číslicových systémů. Je zaměřen na logickou syntézu a verifikaci složitých číslicových obvodů, efektivní využití hardwarových a softwarových prostředků a moderních technologií pro konstrukci hardwarových zařízení. V rámci předmětu budou diskutovány následující oblasti: Pokročilá logická syntéza a verifikace, syntéza obvodů z vysokoúrovňových jazyků, hardware/software codesign, návrh zařízení s ohledem na nízkou spotřebu a rekonfigurovatelné počítání. Uvedené přístupy a techniky budou ukázány na příkladech aplikačně specifických systémů.

Okruhy otázek k SDZ

  1. Principy logické syntézy digitálních obovdů (reprezentace, optimalizace, mapování)
  2. Moderní přístupy k syntéze číslicových obvodů (AIG, BDD, ověřování funkční ekvivalence).
  3. Syntéza HW z vyšších programovacích jazyků (reprezentace, alokace, plánování, přiřazení).
  4. Aplikace omezujících podmínek.
  5. Verifikace číslicových obvodů, metodologie OVM.
  6. Výpočetní technologie (FPGA, 3D IC, IP-core, hard/soft CPU, DSP atd.).
  7. Vestavěné systémy, architektura SW. 
  8. Metodika návrhu HW/SW codesign, platformy, programovatelné logické obvody.
  9. Rekonfigurovatelné počítání.   
  10. Techniky návrhu energeticky efektivních a nízkopříkonových systémů. 

Jazyk výuky

čeština

Garant předmětu

doc. Dr. Ing. Otto Fučík

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

Studenti budou schopni použít moderní techniky, nástroje a technologie pro návrh hardwarových zařízení.
Použití moderních technik návrhu hardwarových zařízení.

Učební cíle

Porozumět pokročilým technikám návrhu komplexních číslicových systémů. Získat schopnosti nutné k využití moderních technologií a návrhových systémů pro konstrukci hardwarových zařízení. Pochopit moderní principy syntézy obvodů, získat pokročilé znalosti z oblasti hardware/software codesign a rekonfigurovatelného počítání.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vypracování a prezentace projektu.

Doporučená literatura

J. M. Rabaey, Low Power Design Essentials, Series on Integrated Circuits and Systems, New York, NY: Springer New York, 2009.
Joo Manuel Paiva Cardoso, Jos Gabriel de Figueiredo Coutinho, and Pedro C. Diniz. 2017. Embedded Computing for High Performance: Efficient Mapping of Computations Using Customization, Code Transformations and Compilation. Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, CA, USA.
Marwedel, P.: Embeded System Design: Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems and the Internet of Things, 3rd Edition. Springer, USA, 2018, ISBN 978-3-319-56043-4.
Micheli G., High-Level Synthesis from Algorithm to Digital Circuit, ISBN 978-1-4020-8587-1, 2008
Sarkar, Angsuman, Swapnadip De, Manash Chanda, and Chandan Kumar Sarkar. 2016. Low Power VLSI Design Fundamentals.
Victor Kravets, Alan Mishchenko, Smita Krishnasamy, Nilesh Modi, Robert Brayton, Ruchir Puri, Kanupriya Gulati, and Sunil Khatri. 2010. Advanced Techniques in Logic Synthesis, Optimizations and Applications. Springer Publishing Company, Incorporated.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program DIT doktorský 0 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program DIT doktorský 0 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

  • Program VTI-DR-4 doktorský

    obor DVI4 , 0 ročník, zimní semestr, volitelný

  • Program VTI-DR-4 doktorský

    obor DVI4 , 0 ročník, zimní semestr, volitelný

  • Program DIT-EN doktorský 0 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program DIT-EN doktorský 0 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

  • Program VTI-DR-4 doktorský

    obor DVI4 , 0 ročník, zimní semestr, volitelný

  • Program VTI-DR-4 doktorský

    obor DVI4 , 0 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Dr. Ing. Otto Fučík
doc. Ing. Jan Kořenek, Ph.D.
doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA

Osnova

  1. Úvod: Shrnutí stávajících přístupů pro konstrukci číslicových zařízení.
  2. Moderní přístupy k syntéze číslicových obvodů, optimalizace na logické úrovni a na úrovni cílové technologie. Modely a metody syntézy (AIG, BDD,ověřování funkční ekvivalence).
  3. Syntézu obvodů z vysokoúrovňových programovacích jazyků (reprezentace obvodu, proces plánovaní, alokace a přiřazení zdrojů).
  4. Funkční verifikace číslicových obvodů s ohledem na pokrytí zdrojového kódů, stavů, atd. Synergie logické syntézy a verifikace. Metodologie OVM.
  5. Vestavěný počítačový systém, postupy návrhu vestavěných systémů s mikrokontroléry, specifikace požadavků na vestavěné systémy.
  6. Metody volby nejvhodnější platformy pro realizaci vestavěného systému, postupy při výběru vhodných klíčových součástí systému. 
  7. Typická architektura software vestavěného systému. Testování, ladění a diagnostika vestavěných systémů.
  8. Moderní výpočetní technologie, struktury a heterogenní platformy (FPGA, 3D IC, IP-core, hard/soft CPU, DSP atd.).
  9. Souběžný návrh vestavěných HW/SW systémů (modely, rozdělování, odhady, syntéza, integrace, optimalizace).
  10. Rekonfigurovatelné počítání - urychlování výpočtů v hardware při flexibilitě návrhu blízké software (rekonfigurace, návrhové systémy pro popis v C/C++ a high-level syntézu atd.).
  11. Návrhu vestavěných systémů s ohledem na optimalizaci spotřeby energie (minimalizace příkonu na různých úrovních, ambientní zdroje energie a jejich použití atd.).
  12. Akcelerace aplikačně specifických časově kritických úloh (zpracování síťového provozu a obrazu).
  13. Aktuální trendy v oblasti technologií, logické syntézy a rekonfigurovatelného počítání.

Konzultace v kombinovaném studiu

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jan Kořenek, Ph.D.
doc. Dr. Ing. Otto Fučík
doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA