(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và so sánh kỹ thuật data driven và look ahead clock gating ứng dụng trong mạch đồng hồ số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH THIẾT KẾ VÀ SO SÁNH KỸ THUẬT DATADRIVEN VÀ LOOK-AHEAD CLOCK GATING ỨNG DỤNG TRONG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ GVHD: PGS.TS VÕ MINH HUÂN SVTH: LÊ QUANG THƯƠNG PHẠM ĐẶNG HIẾU SKL009858 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 7/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ SO SÁNH KỸ THUẬT DATA-DRIVEN VÀ LOOK-AHEAD CLOCK GATING ỨNG DỤNG TRONG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH SVTH: LÊ QUANG THƯƠNG MSSV: 18119122 PHẠM ĐẶNG HIẾU MSSV: 18119073 TP HỒ CHÍ MINH – 07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ SO SÁNH KỸ THUẬT DATA-DRIVEN VÀ LOOK-AHEAD CLOCK GATING ỨNG DỤNG TRONG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH SVTH: LÊ QUANG THƯƠNG MSSV: 18119122 PHẠM ĐẶNG HIẾU MSSV: 18119073 GVHD: PGS.TS VÕ MINH HN TP HỒ CHÍ MINH – 07/2022 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -TP Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Quang Thương Phạm Đặng Hiếu Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính Ngày nhận đề tài: 27/02/2022 MSSV: 18119122 MSSV: 18119073 Lớp: 18119CL1A Ngày nộp đề tài: 23/07/2022 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ SO SÁNH KỸ THUẬT DATA-DRIVEN VÀ LOOKAHEAD CLOCK GATING ỨNG DỤNG TRONG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Các số liệu, tài liệu ban đầu: Kiến thức môn Điện tử bản, Mạch điện, Thiết kế vi mạch Sản phẩm: Chương trình máy tính TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -TP Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Lê Quang Thương MSSV: 18119122 Phạm Đặng Hiếu MSSV: 18119073 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính Tên đề tài: Thiết kế so sánh kỹ thuật Data-Driven Look-Ahead Clock Gating ứng dụng mạch đồng hồ số Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ………… (Bằng chữ: ) GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CAM ĐOAN Nhóm thực xin cam đoan đề tài: “THIẾT KẾ VÀ SO SÁNH KỸ THUẬT DATA-DRIVEN VÀ LOOK-AHEAD CLOCK GATING ỨNG DỤNG TRONG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ” dựa tìm hiểu, nghiên cứu với nổ lực hổ trợ hướng dẫn tận tình GVHD: PGS.TS Võ Minh Hn Nhóm thực xin cam đoan kết nghiên cứu đề tài hồn tồn trung thực, khơng qua chỉnh sửa hay chép Nếu phát có thiếu trung thực đề tài này, nhóm xin chịu hồn tồn trách nhiệm Nhóm thực đề tài (ký ghi rõ họ tên) Lê Quang Thương i Phạm Đặng Hiếu LỜI CẢM ƠN Trước tiên, nhóm thực xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô giảng dạy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặt biệt q thầy Khoa Đào tạo Chất lượng cao nói chung mơn Kỹ thuật máy tính nói riêng giảng dạy cung cấp kiến thức bổ ích tạo tiền đề cho nhóm thực hiên đồ án Nhóm thực xin gửi lời cảm ơn chân thành đến người thầy kiêm giáo viên hướng dẫn PGS.TS Võ Minh Huân, thầy khởi tạo ý tưởng, cung cấp tài liệu, đồng thời tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt trình thực đề tài Nhóm thực xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè thầy khoa tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm thực có hội nghiên cứu thực đề tài Cảm ơn đến thầy cô Khoa Đào tạo chất lượng cao bạn ngành kỹ thuật máy tính chia sẻ, trao đổi, đóng góp kiến thức giúp nhóm thực tốt đề tài Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài Lê Quang Thương ii Phạm Đặng Hiếu TÓM TẮT Với phát triển ngành thiết kế vi mạch, công nghệ bán dẫn có bước tiến vượt trội qua năm, kích thước transistor mạch thu nhỏ đến mức nanomet, số lượng transistor đơn vị diện tích nhiều nhiều so với hệ trước Nhu cầu hệ thống vừa nhỏ gọn, vừa hiệu cao mà cơng suất mạch lại thấp Nhằm giải tốn khó ngồi việc cải tiến hệ thống bus, người ta cịn phải tìm giải pháp cho việc giảm cơng suất động mạch Từ đó, kỹ thuật clock gating đời để giảm số xung clock tác động vào mạch mạch khơng có chuyển đổi liệu Từ xuất clock gating, người ta không ngừng phát triển kỹ thuật để chúng vừa giữ chức mạch lại tối ưu xung clock tác động vào mạch giúp công suất động sinh thấp Khi ứng dụng clock gating vào mạch lớn, cơng suất động mạch giảm 50% Trong đề tài “Thiết kế so sánh kỹ thuật Data-Driven Look-Ahead Clock Gating ứng dụng mạch đồng hồ số” đề tài nhằm mục đích tìm hiểu kỹ thuật clock gating từ đến nâng cao Tìm ưu điểm nhược điểm kỹ thuật Sau đó, nhóm ứng dụng hai kỹ thuật Data-Driven Clock Gating (DDCG) Look-Ahead Clock Gating (LACG) cho mạch đồng hồ Sử dụng phần mềm Xilinx ISE Xpower Analyzer để mô dạng sóng, đo cơng suất đo nhiệt độ trường hợp: không dùng clock gating, sử dụng Data Driven Clock Gating sử dụng Look Ahead Clock Gating Từ đưa so sánh đánh giá hai kỹ thuật clock gating Sau kết luận ưu điểm, nhược điểm tìm hướng phát triển đề tài iii ABSTRACT With the development of the circuit design industry, semiconductor technology has been making great strides over the years, the size of transistors in the circuit is being reduced to the nanometer level, and the number of transistors per unit area is more much more so than previous generations The need for a system that is both compact and highperformance, but the capacity of that circuit is lower To solve that complex problem, in addition to improving bus systems, one must also find a solution to reduce the dynamic power of the circuit Since then, the clock gating technique was born to reduce the number of clock pulses acting on the circuit when the circuit has no data conversion Since the appearance of clock gating, people have constantly developed this technique so that they can both keep the correct circuit function and optimize the clock pulse to affect the circuit to help the dynamic power generated very low When clock gating is applied to large circuits, the dynamic power of the circuit can be reduced by more than 50% The topic "Design and comparison of Data-Driven and Look-Ahead based Clock Gating techniques applied in sequential circuits" is a topic aimed at understanding clock gating techniques from basic to advanced Find out the advantages and disadvantages of each technique Then, the team will apply two techniques Data-Driven Clock Gating (DDCG) and Look-Ahead Clock Gating (LACG) to the clock circuit Using Xilinx ISE and Xpower Analyzer software to simulate waveforms, measure power and measure temperature in cases: without clock gating, using Data-Driven Clock Gating, and using Look Ahead Clock Gating From there, make a comparison and evaluation between the two clock gating techniques Finally, the conclusion about the advantages and disadvantages as well as finding the development direction of this topic iv