Database based integration in ASIC design

Abstract

The increased capacity of silicon enables more functionality to be added on a chip. Therefore, the amount of data needed in the integration work has increased and become unmanageable causing additional work for the integration process. In addition, because designs use deep hierarchies, the interface changes of the lower level modules create even more additional work. The increased functionality has lead also to the situation where complex application specific circuits (ASICs) become pin-limited because packaging technology is not evolving at the same rate as the IC (Integrated Circuit) technology. A solution to overcome the limitations of pin count has been to use multiplexing in I/O (Input/Output) structures. The utilization of I/O multiplexing makes the implementation of the highest hierarchy level even more complex and time consuming. Therefore, the workload especially on the highest hierarchy levels has become enormous and demands more automation to be utilized in the design process. Because there have not been any suitable electronic design automation (EDA) tools available for the top-level design creation, ASIC design houses have created their own automation methods. However, because the amount of data has increased, it has become unmanageable with the current methods. Biggest problems in the current approach are that concurrent editing of the data is not possible and that the data is very scattered. One approach to overcoming the weaknesses of the current approach is to use data-base as the storage element of the data. Because databases are designed for storing large amounts of different types of data as well as to be used in a multi-user environment, they are ideal platforms for these types of applications. In order to formalize the description of the I/O multiplexing a concept of conditional connecting is introduced. This allows users to define only the end points of a connection and a conditional expression when the connection is true in a tabular form. This way it is possible to define conditions that are more complex easily. The database based EDA tool for I/O multiplexing designed and implemented in this Thesis proves that the database approach overcomes the disadvantages of the current system. In addition, it is shown that the database solution could be utilized in wider application than only for I/O multiplexing creation. For example, it could be possible to create designs with flatter hierarchies when the integration data would be more manageable by using the database approach.

AB3:Piiteknologian kehitys on mahdollistanut yhä kompleksisempien ASIC-piirien valmistamisen ja siten yhdelle sirulle voidaan integroida yhä enemmän toiminnallisuutta. Toiminnallisuuden kasvu on johtanut tilanteeseen, jossa suunnittelun integrointivaiheessa tarvittava tietomäärä on kasvanut tällä hetkellä käytössä olevin keinoin hallitsemattomaksi. Käsittelystä on tullut erittäin työlästä ja aikaa vievää. Suurin syy tiedon hallitsemisen vaikeutumiseen on sen pirstaloituminen. Toinen asia, joka aiheuttaa ongelmia on hierarkkinen suunnittelu. Hierarkkista suunnittelua käytetään, jotta piirin suunnittelu pystyttäisiin jakamaan suunnitteluryhmän kesken ja koska pienempiä osakokonaisuuksia on helpompi hallita ja ymmärtää. Ongelmia aiheutuu, kun hierarkiassa alempana olevien moduulien rajapinnat muuttuvat. Rajapintamuutosten aiheuttamat ongelmat korostuvat korkeimmilla hierarkiatasoilla. Suunnittelun ylimmän hierarkiatason kompleksisuutta lisää myös I/O-multipleksoinnin käyttö. Toisin sanoen yhteen I/O-pinniin (Input/Output) kytketään enemmän kuin yksi toiminto. Suurin syy multipleksoinnin käyttöön on piin kasvanut kapasiteetti, jonka seurauksena piirillä on enemmän I/O-signaaleja kuin käytetyssä paketissa on I/O-pinnejä. Syynä tähän on piiteknologian nopeampi kehitys paketointiteknologiaan verrattuna. Etenkin ylimmän tason kompleksisuuden vuoksi automaatiota on ollut tarpeen lisätä integrointiprosessiin. Nykyisistä tarjolla olevista suunnittelutyökaluista yksikään ei sovellu täysin laajojen ja kompleksisten ASIC-piirien integrointivaiheeseen. Työkalujen puutteen takia ASIC-suunnitteluyritykset ovat kehittäneet omia automaatiomenetelmiä. Piiteknologian kehityksen ja siitä seuranneen tietomäärän kasvun myötä nykyiset menetelmät ovat kuitenkin kohdanneet uusia ongelmia. Näiden uusien ongelmien takia on tullut tarve löytää uusia integrointimenetelmiä. Yksi vaihtoehto ongelmien ratkaisemiseksi on tietokantapohjainen integrointimenetelmä. Tietokannat soveltuvat alustaksi, koska ne ovat suunniteltuja nimenomaan suurten tietomäärien hallitsemiseen monikäyttäjäjärjestelmässä. Tietokanta-alustan lisäksi tässä työssä esitellään kytkentöjen kuvausmenetelmä, jossa kaikki järjestelmän sisäiset kytkennät voidaan kuvata taulukkomuodossa. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin lisäksi suunnittelutyökalu I/O-multipleksoinnin luomiseen, joka hyödyntää tietokantapohjaista integrointimenetelmää. Työkalu toteutettiin tietokantajärjestelmän päälle. Luotu työkaluprototyyppi todistaa, että suunnittelutyökalu on mahdollista toteuttaa tietokanta-alustalle. Projektin aikana kävi myös ilmi, että tietokantapohjainen integrointi sopisi käytettäväksi kaikilla hierarkiatasoilla eikä ainoastaan ylimmällä. Tietokannan tuoma automaation lisäämismahdollisuus sekä tiedon parempi hallitseminen mahdollistaisi myös matalampien hierarkioiden käytön. Tämä vähentäisi nimenomaan suunnittelun hierarkkisuudesta johtuvaa ylimääräistä työtä, jolloin sen tuomat ongelmat vähenisivät ja integrointivaiheen tuottavuus kasvaisi.