Dimensionamento de portas lógicas através de programação geométrica

Abstract

O presente trabalho consiste na aplicação dos conceitos de programação geométrica ao dimensionamento de portas lógicas, no contexto da concepção de circuitos integrados digitais. A programação geométrica é um modelo matemático que pode constituir um método de otimização simples e eficiente, onde a melhor solução global é sempre encontrada, caso o problema seja solucionável. Este aspecto é interessante, pois geralmente os métodos existentes utilizam heurísticas, ou trabalham sobre um conjunto reduzido de possibilidades. Como consequência, nem sempre a solução encontrada é ótima. Além disso, a programação geométrica consegue resolver maiores instâncias de problemas sem muitas restrições computacionais, e há atualmente um grande esforço no desenvolvimento de métodos numéricos para tornar a resolução dos problemas ainda mais rápida, prática e confiável. Na parte inicial do trabalho, serão apresentados os conceitos referentes à síntese lógica de circuitos, programação geométrica e modelos de atraso em portas lógicas. Em um momento posterior, será realizada a correta modelagem do problema de dimensionamento, além da especificação de uma ferramenta para solucionar o problema. A seguir, o fluxo do projeto e todos os detalhes de implementação de cada módulo desta ferramenta serão apresentados. Alguns circuitos de teste servirão de entrada ao fluxo do projeto na próxima fase, e os resultados obtidos serão comentados e comparados com resultados de outras ferramentas existentes. Finalmente, será feita uma breve conclusão sobre os resultados obtidos, bem como uma análise da possibilidade de melhorias e trabalhos futuros.

The present work involves the application of geometric programming concepts to the logic gate sizing, in the context of digital integrated circuits design. Geometric programming is a mathematical model that can be a simple and efficient optimization method, where the best global solution is always found, if the problem is feasible. This is interesting because usually the existing methods use heuristics, or work on a limited set of possibilities. As a consequence, not always the solution found is optimal. In addition, geometric programming can solve larger instances of problems without a lot of computational restrictions, and there is currently a major effort in the development of numerical methods to solve the problems in even faster, more practical and more reliable ways. At the beginning, the concepts concerning logic synthesis of circuits, geometric programming and delay models in logic gates will be presented. At a later moment, a correct modeling of the sizing problem will be held, besides the specification of a tool to solve the problem. Then, the design flow and all the implementation details of each module of this tool will be presented. Some test circuits will serve as input to the flow of the project in the next phase, and the results will be discussed and compared with results of other existing tools. Finally, there will be a brief conclusion on the results, as well as an analysis of possible improvements and future work.