Detail předmětu

Základy návrhu digitálních čipů

FIT-ZCHAk. rok: 2026/2027

Úvod do procesu návrhu číslicových čipů v technologii CMOS. Představení klíčových prvků na úrovni tranzistorů, jejich chování a pravidel použití v návrhu VLSI obvodů. Využití prvků k výstavbě kombinačních i sekvenčních číslicových obvodů, typické struktury, problematika zpoždění, časování, spotřeby. Proces návhru, nastavení podmínek návrhu, optimalizace, implementace a verifikace návrhu. Signoff analýza. Nástroje pro návrh.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Příslušnost k typu studijního programu

magisterský navazující

Garant předmětu

doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA

Zajišťuje ústav

Fakulta informačních technologií (FIT)

Vstupní znalosti

Znalosti základů elektroniky, chování základních prvků (rezistor, kondenzátor, cívka, dioda, tranzistor), obvodové zákony. Booleova algebra a její implementace v číslicových obvodech. Základní logická hradla (invertor, NAND, NOR, XOR), klopné obvody (T, D, J-K, R-S).

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

  • Po každé přednášce 1-6 následuje elektronickou formou krátký test za až 3 body pro ověření klíčových znalostí z přednášek.
  • V polovině semestru souhrnný písemný test za až 30 bodů ze znalostí, které jsou potřebné pro řešení praktických úloh v laboratoři a v projektu.
  • Ve druhé polovině semestru celkem 4 laboratorní cvičení za až 3 body každé, cvičení vždy navazují na jednotlivé části procesu návrhu probrané na přednášce.
  • Projekt na zvolené téma za až 40 bodů.

Učební cíle

  • Získat přehled o celém procesu návrhu VLSI číslicových obvodů v technologii CMOS, poznat jednotlivé kroky procesu a jejich návaznost, získat představu o jejich náročnosti a úskalích.
  • Poznat nástroje pro podporu návrhu VLSI číslicových obvodů v technologii CMOS.
  • Prakticky si vyzkoušet klíčové kroky procesu návrhu na jednoduchých příkladech.

Základní literatura

Weste, N., Harris, D.: CMOS VLSI Design: A Circuits and Systems Perspective. 4th Edition, 2010. ISBN 978-0321547743. (EN)
Weste, N., Harris, D.: CMOS VLSI Design: A Circuits and Systems Perspective. 4th Edition, 2010. ISBN 978-0321547743. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MITAI magisterský navazující

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA
doc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.

Osnova

  1. MOS tranzistory – charakteristiky, neideální chování, nedostatky a problémy
  2. Technologie CMOS – proces výroby, vliv na pravidla návrhu a dopad technologie na proces návrhu
  3. Zpoždění – přechodný jev, modely zpoždění, časování sekvenčního chování číslicového obvodu
  4. Napájení a spotřeba CMOS obvodu – dynamická a statická spotřeba, optimalizace, architektury pro nízkou spotřebu
  5. Kombinační a sekvenční obvody CMOS – typické struktury, klopné obvody, synchronizace
  6. Datové cesty číslicového obvodu, realizace paměťových struktur, další struktury na čipu (napájení, hodiny, I/O).
  7. Ostatní technologie výroby čipů, mixed-signal čipy, využití IP jader, soft-jádra.
  8. Jazyk Verilog
  9. Design flow pro ASIC, časové constraints
  10. Mapování, optimalizace příkonu
  11. Implementace – design setup, floorplanning, syntéza hodin, verifikace
  12. Signoff analýza – statická časová analýza, gate-level simulace, analýza příkonu, formální verifikace
  13. Open HW nástroje
  

Laboratorní cvičení

12 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.

Projekt

18 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.

Samostudium

38 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA

Individuální příprava na ukončení

18 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA

Individuální příprava na průběžný test

18 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA