Detail předmětu

Pokročilé číslicové systémy

FIT-PCSAk. rok: 2024/2025

Tento předmět je zaměřen na výuku pokročilých technik pro návrh číslicových obvodů. Nejprve je uveden stručný přehled základních přístupů pro modelování a simulaci obvodů s využitím jazyka VHDL a shrnuty základní vlastnosti cílových technologií jako jsou ASIC a FPGA. Následně jsou popsány pokročilé techniky návrhu a syntézy číslicových obvodů (pipelining, retiming), které jsou doplněny o aplikaci omezujících podmínek. Hlavní část kurzu je zaměřena na objasnění moderních přístupů k syntéze číslicových systémů. Jsou popsány využívané metody a modely, na kterých jsou následně představeny postupy pro optimalizace na logické úrovni a z pohledu cílové technologie. Představeny jsou také postupy umožňující synergii syntézy a verifikace číslicových obvodů. Uvedená problematika je doplněna o další důležitá témata z této oblasti, jako je např. syntéza obvodů s ohledem na spotřebu a verifikace číslicových obvodů s využitím metodologie OVM.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Jan Kořenek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Vstupní znalosti

Základy návrhu číslicových systémů, základy programování.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Půlsemestrální písemná zkouška a vypracování projektu v předepsaném termínu.

Výuka není povinná, v případě nepřítomnosti v laboratořích lze nahradit ztrátu bodů následujícím způsobem: 

  1. přijít do jiné skupiny, ve které se probírá stejná laboratorní úloha. 
  2. na následující laboratoři cvičícímu krátce předvést výsledky ze zameškané laboratoře. 
  3. zaslat  cvičícímu do 14 dní krátký protokol sumarizující výsledky zameškané laboratoře a obsahující odpovědi na otázky ze zadání.

Učební cíle

Seznámit studenty s pokročilými metodami návrhu komplexních číslicových systémů, s jazyky pro popis hardware, profesionálními vývojovými prostředky, s implementací obvodů na programovatelných logických obvodech a technikami pro optimalizaci návrhu podle různých kritérií.
Studenti jsou schopni navrhnout komplexní číslicový systém optimalizovaný podle různých hledisek s využitím moderních návrhových metod a znají moderní metody pro syntézu a verifikaci takového systému.

Základní literatura

M. Morris Mano, Michael D. Ciletti: Digital Design, ISBN  978-9353062019, 2018 (EN)
Micheli G., High-Level Synthesis from Algorithm to Digital Circuit, ISBN 978-1-4020-8587-1, 2008 (EN)

Doporučená literatura

Khatri S. P., Gulati K. (eds.): Advanced Techniques in Logic Synthesis, Optimizations and Applications, ISBN 978-1-4419-7517-1, 2011 (EN)
Přednáškové materiály v elektronické podobě. (CS)
Rabaey J., Pedram M.: Low Power Design Methodologies, Kluwer, ISBN 0792396308, 1996 (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NGRI , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NADE , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NISD , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NMAT , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NSEC , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NISY do 2020/21 , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NNET , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NMAL , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NCPS , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NHPC , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NVER , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NIDE , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NISY , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NEMB do 2023/24 , 0 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace NSPE , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NEMB , 0 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace NBIO , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NSEN , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    specializace NVIZ , 0 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jiří Matoušek, Ph.D.
Ing. Lukáš Kekely, Ph.D.
doc. Ing. Jan Kořenek, Ph.D.
Ing. Marcela Zachariášová, Ph.D.

Osnova

  • Přehled tradičních technik, algoritmů a nástrojů pro návrh číslicových obvodů.
  • Přehled technologií pro realizaci číslicových obvodů (ASIC, FPGA).
  • Pokročilé techniky syntézy číslicových obvodů (pipelining, retiming)
  • Aplikace omezujících podmínek.
  • Modely a metody pro moderní syntézu číslicových obvodů (AIG, BDD, SAT solvery).
  • Moderní přístupy k syntéze číslicových obvodů (logické optimalizace).
  • Moderní přístupy k syntéze číslicových obvodů (optimalizace pro cílovou technologii).
  • Synergie syntézy a verifikace číslicových obvodů.
  • Návrh číslicových obvodů s ohledem na nízkou spotřebu.
  • Vývojové nástroje pro FPGA a SoC.
  • Verifikace číslicových obvodů (metodologie OVM).

Cvičení na počítači

10 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Marcela Zachariášová, Ph.D.
Ing. Lukáš Kekely, Ph.D.
Ing. Jiří Matoušek, Ph.D.

Osnova

  • Syntéza základních logických obvodů, pipelining, retiming.
  • Aplikace omezujících podmínek.
  • Syntéza základních číslicových obvodů pomocí nástroje ABC.
  • Syntéza pokročilých číslicových obvodů pomocí nástroje ABC.
  • Verifikace číslicových obvodů.

Projekt

16 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jiří Matoušek, Ph.D.
Ing. Lukáš Kekely, Ph.D.

Osnova

  • Individuální projekt zaměřený na syntézu logických obvodů.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz