Detail předmětu

Pokročilé techniky návrhu číslicových systémů

FIT-PNDAk. rok: 2022/2023

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

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.
Sarkar, Angsuman, Swapnadip De, Manash Chanda, and Chandan Kumar Sarkar. 2016. Low Power VLSI Design Fundamentals.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

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

  • 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

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. Dr. Ing. Otto Fučík