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Università degli Studi di Ferrara
Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica
A.A. 2002/2003
Architettura dei Sistemi Integrati Digitali
Docente: Alessandro Bogliolo
abogliolo @ ing.unife.it
Tel. 0532 293891

[programma] [dispense] [laboratorio] [esami] [avvisi] [tesi e borse di studio]

Programma
Il corso affronta lo studio dei sistemi digitali integrati descrivendone lo spazio di progetto, i gradi di libertà, i criteri di scelta e i metodi di ottimizzazione condizionata. I concetti introdotti vengono esemplificati ed applicati al progetto e alla realizzazione di un prototipo di sistema digitale. Durante il corso vengono forniti riferimenti bibliografici, tracce delle lezioni e spunti di approfondimento.

Introduzione. Contesto: tendenze e aspettative di mercato, tendenze tecnologiche. Parametri di progetto: parametri economici e parametri tecnici. Specifica e implementazione. Sintesi e analisi. Integrazione a livello di sistema (System on Chip, SoC): nuove opportunità e nuove problematiche. Funzioni fondamentali di ogni sistema digitale: elaborazione, comunicazione, memorizzazione. Template architetturale gerarchico. Spazio di progetto: regioni di fattibilità, ottimizzazione condizionata. Soluzioni application-specific e soluzioni general-purpose.

Elaborazione. Processori general-purpose: macchina di Von Neuman, processori pipelined, processori VLIW, processori superscalari. Prestazioni e consumo di potenza, ottimizzazione del codice, profiling. Digital signal processors (DSP): scelte architetturali mirate. Application-specific instruction-set processors (ASIP): principi, vantaggi e limiti. Data-path dedicati: descrizioni comportamentali e strutturali, grafi, macchine a stati, sintesi ad alto livello, sintesi logica, technology mapping. Progetto di componenti specifici.

Memoria. Classificazione: memorie volatili (DRAM e SRAM), memorie non volatili (ROM, EEPROM, FLASH). Memorie embedded: vantaggi derivanti dall'integrazione tra logica e memoria, problemi tecnologici, confronto tra processi. Architettura della memoria: scelte architetturali ed effetti sui parametri di progetto. Compromesso tra memoria ed elaborazione: tecniche di compressione dei dati.

Comunicazione. Modelli di interconnessioni: nodo ideale, modelli circuitali a parametri concentrati. Modalità di pilotaggio e ricezione. Rumore: definizione e classificazione delle cause di rumore. Circuiti sincroni e asincroni. Rete di distribuzione del clock: problemi e soluzioni. Rete di distribuzione dell'alimentazione: problemi e soluzioni. Topologie e protocolli di comunicazione su chip. Compromesso tra elaborazione e comunicazione: tecniche di codifica dei dati.

Progetto di sistema. Metodologie e strumenti di progetto. Modelli: livelli di astrazione, linguaggi di descrizione dell'hardware (HDL), descrizioni eseguibili. Approcci bottom-up e top-down. Riuso di macro-blocchi hard e soft, tutela della proprietà intellettuale. Verifica e collaudo. Prototyping: hardware riconfigurabile, FPGA. Flusso di progetto di FPGA.

Dispense:

Le dispense e i riferimenti bibliografici sono in formato pdf, visualizzabile con Acrobat Reader.

Laboratorio:

Per avere assistenza tecnica sull'uso degli strumenti software per la progettazione e configurazione di FPGAs contattare l'Ing. Fabrizio Vaira all'indirizzo fvaira @ ing.unife.it.

Esami:

L'esame consiste in una prova orale in cui allo studente sarà chiesto di discutere alcuni aspetti delle prove di laboratorio e degli argomenti trattati durante il corso. L'esito dell'esame concorrerà (assieme all'esito dell'esame di Architettura dei sistemi integrati analogici) alla definizione del voto complessivo consguito dallo studente nel corso accorpato di Architettura dei sistemi integrati.

Avvisi:

26 novembre 2001 ore 14:00 aula 7. Seminario dell'Ing. Loris Vendrame, di ST Microelectronics, dal titolo "Elettronica analogica in circuiti integrati VLSI".

26 novembre 2001 ore 16:00 aula 9. Seminario dell'Ing. Loris Vendrame, di ST Microelectroncis, dal titolo "Strutture di test e caratterizzazione di dispositivi analogici integrati".

Tesi e borse di studio:

Sono disponibili tesi di laurea e borse di studio sui seguenti argomenti:
  • Sviluppo di strumenti CAD per l'ottimizzazione del consumo di potenza in circuiti integrati digitali descritti a livello di sistema.
  • Studio e ottimizzazione di sistemi multiprocessore integrati su singolo chip.
  • Progetto e realizzazione di strutture di test su silicio per la misura e la caratterizzazione di parametri elettrici di dispositivi integrati.
  • Specifica di real-time constraints per sistemi embedded.
  • Dynamic power management: controllo dinamico del consumo di potenza di sistemi a microprocessore.
  • Studio dei meccanismi di apprendimento in reti neurali naturali e artificiali.
  • Neurochip: progetto di sistemi elettronici stabilmente interfacciati a neuroni coltivati in vitro.
  • DNA/protein chips: progetto di sensori microfabbricati per l'analisi di bio-molecole.
  • Bio-informatica: implementazione parallela su hardware riconfigurabile di algoritmi per l'analisi del genoma e delle sue espressioni.