Introducción a los Circuitos Integrados (página 2)

Partes: 1, 2, 3, 4

Microprocesador 4004 – Intel
1971
1000 transistores
1 MHz operación

Microprocesador Pentium IV – Intel

Ley de Moore
En 1965, Gordon Moore, co-fundador de Intel observó que el número de transistores en un chip se duplicaba cada 18 a 24 meses.
A partir de esta observación predijo que la tecnología de semiconductores duplicaría su efectividad cada 18 meses.

Ley de Moore

Ley de Moore

Número de Transistores
1,000,000
100,000
10,000
1,000
10
100
1
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
8086
80286
i386
i486
Pentium®
Pentium® Pro
K
1000 millones de transistores
Proyectado
Pentium® II
Pentium® III

Ley de Moore en Microprocesadores
8008
8080
8085
8086
286
386
486
Pentium® proc
P6
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
1970
1980
1990
2000
2010
Año
Transistores (MT)
Duplicación en 1.96 años!
4004
El número de transistores en microprocesadores se duplica cada dos años

Crecimiento del Die Size
4004
8008
8080
8085
8086
286
386
486
Pentium ® proc
P6
1
10
100
1970
1980
1990
2000
2010
Die size (mm)
~7% crecimiento por año
~2X crecimiento en 10 años
Die size crece 14% para satisfacer la ley de Moore

Frecuencia
P6
Pentium ® proc
486
386
286
8086
8085
8080
8008
4004
0.1
1
10
100
1000
10000
1970
1980
1990
2000
2010
Frecuencia (Mhz)
La frecuencia en microprocesadores se duplica cada 2 años
Se duplica cada2 años

Disipación de Potencia
P6
Pentium ® proc
486
386
286
8086
8085
8080
8008
4004
0.1
1
10
100
1971
1974
1978
1985
1992
2000
Potencia (Watts)
La potencia de los microprocesadores continua creciendo

Densidad de Potencia
4004
8008
8080
8085
8086
286
386
486
Pentium® proc
P6
1
10
100
1000
10000
1970
1980
1990
2000
2010
Densidad de Potencia (W/cm2)
(Gp:) Plato caliente

(Gp:) Reactor
(Gp:) Nuclear

La densidad de potencia es muy alta para mantener la juntura a baja Tº

Sistema Inalámbrico
(Gp:) digital
(Gp:) analógico
(Gp:) A
(Gp:) D
(Gp:) FSM
(Gp:) phone
book
(Gp:) RTOS
(Gp:) ARQ
(Gp:) MAC
(Gp:) Control
(Gp:) Coders
(Gp:) FFT
(Gp:) Filtros
(Gp:) Algoritmos
cableados
(nivel palabra)
(Gp:) Lógica
(nivel bit)
(Gp:) Bandabase y circuitos RF
(Gp:) Algoritmos de comunicación
(Gp:) Protocolos
(Gp:) Lógica cableada
(Gp:) Analógico
(Gp:) Core DSP
(Gp:) Core mP

Una amplia gama de componentes
como construimos esto???

¿Qué es un SoC?
SoC es un estilo de diseño y un tipo de producto

¿Qué es un SoC?
Un chip diseñado con la funcionalidad “completa” de un sistema que incorpora una mezcla heterogénea de arquitecturas de proceso y de computación

¿Qué es un SoC?
Mezcla de CPUs, memoria, y periféricos en un chip
Mezcla de bloques sintetizados y bloques custom (macros hechas por hardware)
Para productos con restricciones de costo y time-to-market

¿Qué es un SoC?
Implicancias metodológicas:
Diseño de bloques IP usando estándares estrictos para creación y reusabilidad
Uso de definiciones estándares de interfaz
Combinación de alto nivel – “estilo ASIC” – usando flujos y herramientas estándares

SoC es
(Gp:) Del sistema al silicio en un
time-to-market rápido.
(Gp:) …y un proceso.
(Gp:) System Design
(Gp:) SoC Integration
(Gp:) Fabrication
(Gp:) Qualification
(Gp:) IP Creation
(Gp:) SoC
(Gp:) Requirements

(Gp:) System control
and functionality
(Gp:) Interaction with other systems
(Gp:) … un producto …
(Gp:) Soluciones para aplicaciones específicas que implementan sistemas enteros
(Gp:) general purpose processor

(Gp:) processor bus
(Gp:) DRAM
(Gp:) special function processor
(Gp:) NVM(program)
(Gp:) NVM(data)
(Gp:) peripheral bus
(Gp:) Analog / Mixed signal
(Gp:) communications
peripherals
(Gp:) customer
specific
(Gp:) DMA
(Gp:) bus interface
(Gp:) Applications
(Gp:) APIs
(Gp:) Device Drivers
(Gp:) Program and data storage
(Gp:) Interaction with real world

(Gp:) Miniaturización

(Gp:) Consumerization

Impulso de SoC
Dos fuerzas trabajan en conjunto en la industria electrónica:
Los proveedores de sistemas deben diferenciar productos a través de aplicaciones de software.
Fabricantes de semiconductores deben cubrir los costos de fabricación a través de sistemas de valor agregado.
El dinamismo del mercado requiere:
time-to-market rápido
Bajo costo
Curva de aprendizaje rápida
Geometrias pequeñas permiten:
Integración de alto rendimiento

Desafíos del Diseño
Funcionalidad + Testabilidad
Retraso en cableado
Gestión de potencia
Software embebido
Integridad de las señales
Efectos RF
Chip híbridos
Packaging
Limites físicos

1000
1,000,000,000,000
Número de transistores

Diseño de Chips – CAD
(Gp:) Industria EDA

(Gp:) Sistemas electrónicos

(Gp:) Foundries

(Gp:) Mundo real

(Gp:) Industria de
semiconductores