Orientador: Prof Dr. Renato Perez Ribas

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE INFORMÁTICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO Estudo e Implementação de Lógica Adiabática para Circuitos Integrados com Baixo ConsumoLUCAS MACHADO Orientador: Prof Dr. Renato Perez Ribas Banca: Prof. Dr. Gilson Inácio Wirth e Prof. Dr. André Inácio Reis

2. Sumário • Introdução • Contexto • Motivação • Objetivos • Estilos lógicos digitais • Estilos lógicos de baixo consumo • Escala de tensão • Lógica Adiabática • Análise Elétrica • Ferramentas • Funcionamento • Comparação • Layout • Implementação Somador completo • CMOS • 2N-2N2P • Comparação UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

3. IntroduçãoContexto • Circuito integrado UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

4. IntroduçãoContexto • Circuito integrado consome energia • Circuito integrado UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

5. IntroduçãoMotivação • Ideia “verde” • Menor dependência de fontes de energia não-renováveis • Portáteis • Maior duração da bateria • Economia de energia • Dissipação de calor UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

6. IntroduçãoObjetivos • Estudo e implementação da Lógica Adiabática • Comparação das lógicas eletricamente • Estudar possibilidade de criação de uma biblioteca de células utilizando lógica adiabática UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

7. IntroduçãoEstilos Lógicos Digitais • PMOS • NMOS • CMOS • Com transistores de passagem • Dinâmico UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

8. Estilos Lógicos de baixo consumo Escala de Tensão • E = (RC/T)*CV² Consumo Performance UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

9. Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática • O termo adiabático na física é relacionado a um processo que mantém a energia do sistema, sem entrar ou dissipar calor • Em CI’s, o termo se refere a uma lógica de transistores que recupera a energia descarregada UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

10. Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática • Em um circuito CMOS convencional, a maior parte da energia dissipada é referente a capacitância de gate E = (RC/T)*CV² UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

11. Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática • Diversas: • 2N-2N2P • Clocked CMOS adiabatic logic (CAL) • Pass-Transistor Adiabatic Logic (PAL) • Efficient Charge Recovery Logic (ECRL) • Positive Feedback Adiabatic Logic (PFAL) • True Single-Phase Energy-Recovering Logic (TSEL) • Single-phase source-coupled adiabatic  logic (SCAL) UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

12. Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática • Transistores MN3 e MN4 implementam a função a ser executada • Transistores MP1, MP2, MN1 e MN2 fazem a memorização das saídas UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

13. Estilos Lógicos de baixo consumo Lógica Adiabática • Tem-se quatro fases de funcionamento: entrada, avaliação, retenção e recuperação UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

14. Análise ElétricaFerramentas • SpiceOpus • Modelo PTM UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

15. Análise ElétricaFuncionamento • TSEL e SCAL não funcionaram com o modelo • PAL não funcionou a 250 MHz • 2N-2N2P: Fonte Entrada Entrada Negada Saída Saída Negada UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

16. Análise ElétricaConsumo • Recuperação de energia acontece até atingir a tensão de threshold UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

17. Análise ElétricaComparação UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

18. LayoutO que é layout simbólico? UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

19. LayoutLógica Adiabática UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

20. LayoutLógica Adiabática Terra? Tensão de referência? Tensão do sistema? Diferentes fontes de clock UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

21. Implementação Full-AdderCMOS UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

22. Implementação Full-Adder2N-2N2P UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

23. Implementação Full-AdderComparação UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

24. ConclusãoPesquisa e Análise Elétrica • Importância pela revisão da literatura • Aprendizado e desenvolvimento de uma tecnologia alternativa • Revisão de conceitos da faculdade • Identificação de problemas e soluções UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

25. ConclusãoLayout UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

26. ConclusãoComparação • Comprovado: robustez CMOS • Alternativa: subthreshold em tecnologias menores • Problema: diminuição da diferença: Vdd – Vth • Solução: a ideia ainda é válida! UFRGS - Engenharia de Computação Trabalho de Diplomação

27. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE INFORMÁTICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO Estudo e Implementação de Lógica Adiabática para Circuitos Integrados com Baixo ConsumoLUCAS MACHADO Perguntas?