Detail předmětu

Pokročilé číslicové systémy

FIT-PCSAk. rok: 2021/2022

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 minimalizace 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)

Výsledky učení předmětu

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.

Prerekvizity

Základy návrhu číslicových systémů, základy programování.

Způsob a kritéria hodnocení

Půlsemestrální písemná zkouška a vypracování projektu v předepsaném termínu.

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.

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

Výuka není povinná, v případě nepřítomnosti v laboratořích lze nahradit ztrátu bodů následujícím způsobem: 
  1. přijít do jiné skupiny, ve které se probírá ta samá laboratorní úloha. 
  2. na následující laboratoři cvičícímu krátce předvést výsledky ze zameškané laboratoře. 
  3. zaslat  cvičícímu do 14 dní zaslat krátký protokol sumarizující výsledky zameškané laboratoře a obsahující odpovědi na otázky ze zadání.

Základní literatura

Gajsky D., Dutt N., Wu A., Lin S.: High-Level Synthesis: Introduction to Chip and System Design, ISBN 079239194-2, 1992 (EN)
Micheli G., High-Level Synthesis from Algorithm to Digital Circuit, ISBN 978-1-4020-8587-1, 2008 (EN)

Doporučená literatura

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

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBS , libovolný ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MBI , libovolný ročník, zimní semestr, povinně volitelný
    obor MIS , libovolný ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MIN , libovolný ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MMM , libovolný ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MGM , libovolný ročník, zimní semestr, povinně volitelný
    obor MSK , libovolný ročník, zimní semestr, volitelný

  • Program MITAI magisterský navazující

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

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MPV , 2. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jan Kořenek, Ph.D.
doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D.

Osnova

  • Přehled tradičních technik, algoritmů a nástrojů pro návrh číslicových obvodů.
  • Přehled technologií pro realizaci číslicových obvodů (ASIC, FPGA).
  • Algoritmy pro minimalizaci číslicových obvodů.
  • 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.
  • Rekonfigurovatelné počítání.
  • Verifikace číslicových obvodů (metodologie OVM).

Cvičení na počítači

10 hod., povinná

Vyučující / Lektor

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

Osnova

  • Individuální projekt zaměřený na syntézu logických obvodů.