Optimisation du placement des portes logiques d’un circuit

1. Optimisation du placement des portes logiques d’un circuit Lisa Allali ENS Cachan lisa.a@free.fr

2. Plan • Introduction au VLSI • Introduction au problème du placement • Proposition de solution : raffinements successifs en 3 étapes • Conclusion • Perspectives • Les raisons d’aller à Barcelone

3. Circuit logique

4. VLSI L'intégration à très grande échelle (VLSI - Very-Large-Scale Integration) est une technologie de circuit intégré dont la densité d'intégration permet de supporter plus de 100 000 composants électroniques sur un même puce. Un microprocesseur est un dispositif VLSI.

5. Minuscule circuit

6. Ça reste un tout petit circuit

7. VLSI Aujourd'hui plusieurs dizaines de millions de portes représentent un chiffre normal pour un microprocesseur

8. VLSI Aujourd'hui plusieurs dizaines de millions de portes représentent un chiffre normal pour un microprocesseur La loi de Moore : tous les 18 mois de 1980 à 2015 le degré d'intégration des microprocesseurs double les coûts de production doublent

9. VLSI Aujourd'hui plusieurs dizaines de millions de portes représentent un chiffre normal pour un microprocesseur La loi de Moore : tous les 18 mois de 1980 à 2015 le degré d'intégration des microprocesseurs double les coûts de production doublent Techniquement : La finesse de la gravure industrielle va atteindre bientôt 65 nm (en ce moment 90).

10. VLSI Aujourd'hui plusieurs dizaines de millions de portes représentent un chiffre normal pour un microprocesseur La loi de Moore : tous les 18 mois de 1980 à 2015 le degré d'intégration des microprocesseurs double les coûts de production doublent Techniquement : La finesse de la gravure industrielle va atteindre bientôt 65 nm (en ce moment 90). Ralentissement : Difficulté de dissipation thermique Effets de bruits parasites

11. Introduction au problème du placement

12. Le problème du placement Les composants du circuit même hauteur largeur différentes Les nets relient un nombre arbitraire de composant. Optimiser les distances c’est minimiser le temps de calcul. Un problème qui a beaucoup de solutions mais qui reste ouvert.

13. Proposition de résolution

14. Abstraction – raffinements successifs Idée : Ne pas chercher une solution immédiate 3 niveaux d’abstraction : Niveau 1 : Les portes sont des points Passage d’un hypergraphe à un graphe Utilisation d’un algorithme de placement optimal existant Modifier le résultat pour coller à nos objectifs

15. Abstraction – raffinements successifs Idée : Ne pas chercher une solution immédiate 3 niveaux d’abstraction : Niveau 1 : Les portes sont des points Passage d’un hypergraphe à un graphe Utilisation d’un algorithme de placement optimal existant Modifier le résultat pour coller à nos objectifs Niveau 2 : Les portes sont des cases carrées

16. Abstraction – raffinements successifs Idée : Ne pas chercher une solution immédiate 3 niveaux d’abstraction : Niveau 1 : Les portes sont des points Passage d’un hypergraphe à un graphe Utilisation d’un algorithme de placement optimal existant Modifier le résultat pour coller à nos objectifs Niveau 2 : Les portes sont des cases carrées Niveau 3 : Les portes sont des rectangles – réintroduction de la donnée de largeur

17. Etape 1 – Modélisation par un graphe Comment passer de l’hypergraphe d’entrée à un graphe ?

18. Etape 1 – Disparition des hypernoeuds

19. Etape 1 – Disparition des hypernoeuds

20. Etape 1 – Disparition des hypernoeuds

21. Etape 1 – Disparition des hypernoeuds

22. Etape 1 – Disparition des hypernoeuds

23. Etape 1 – Disparition des hypernoeuds

24. Placement initial et amélioration Quelques points sont fixés de sorte à former un cadre. Les coordonnées des autres points seront données par l’algorithme de placement utilisé. Problème : la solution optimale ne convient pas

25. Placement initial et amélioration Quelques points sont fixés de sorte à former un cadre. Les coordonnées des autres points seront données par l’algorithme de placement utilisé. Problème : la solution optimale ne convient pas (trop concentrée)

26. Placement initial et amélioration Quelques points sont fixés de sorte à former un cadre. Les coordonnées des autres points seront données par l’algorithme de placement utilisé. Problème : la solution optimale ne convient pas Notre travail : Pondérer les arêtes et jouer avec les poids de façon à espacer le placement tout en conservant les positions relatives des points.

27. Sur un petit exemple

28. Itération 1

29. Itération 5

30. Itération 10

31. Solution initiale du placement 

32. Itération 1 

33. Itération 5 

34. Itération 10

35. Etape 2 – Cell Shifting On considère une grille quadrillée. Initialement : On découpe en « tranche horizontale de points » le résultat obtenu précédemment. Une tranche contient autant de points qu’il y a de cases dans une ligne de la grille. On remplit dans l’ordre d’apparition un point dans chaque case de la grille (on détache les points fusionnés)

36. Etape 2 – Cell Shifting On considère une grille cadrillée. Initialement : On découpe en « tranche horizontale de points » le résultat obtenu précédemment. Une tranche contient autant de points qu’il y a de cases dans une ligne de la grille. On remplit dans l’ordre d’apparition un point dans chaque case de la grille (on détache les points fusionnés) Amélioration du placement : Pour tous les noeuds, on calcule une position optimale. Si la case est vide à cet endroit on y mets le nœud Si la case est occupée par un autre nœud, on échange les 2 nœuds si ça améliore la solution

37. Etape 3 - Légalisation Intégration de la donnée de la largeur du composant. Identification les cellules de la grille qui posent problème (superposition – espace perdu) Rectification

38. Conclusion

39. Conclusion Objectifs du stage

40. Conclusion Objectifs du stage Compréhension de l’article de placement optimal

41. Conclusion Objectifs du stage Compréhension de l’article de placement optimal Implémentation de l’article

42. Conclusion Objectifs du stage Compréhension de l’article de placement optimal Implémentation de l’article Proposition d’amélioration de la résolution pour coller à notre problème

43. Conclusion Objectifs du stage Compréhension de l’article de placement optimal Implémentation de l’article Proposition d’amélioration de la résolution pour coller à notre problème • OK

44. Conclusion Objectifs du stage Compréhension de l’article de placement optimal Implémentation de l’article Proposition d’amélioration de la résolution pour coller à notre problème • OK Le travail en groupe

45. Conclusion Objectifs du stage Compréhension de l’article de placement optimal Implémentation de l’article Proposition d’amélioration de la résolution pour coller à notre problème • OK Le travail en groupe Les 3 étapes ont été réalisées indépendamment, reste à mettre les étapes bout à bout pour éprouver l’intérêt/les améliorations de notre travail.

46. Perspectives

47. Perspectives The International Symposium on Physical Design a lieu tous les ans. Un concours y est ouvert pour résoudre le problème que nous traitons. Si les tests sont concluants, nous y présenterons notre travail. http://www.ispd.cc/

48. Les raisons d’aller à Barcelone

49. Jordi Cortadella

50. La fac