Умножитель с накоплением: методологические аспекты

Соколов И.А., Степченков Ю.А., Бобков С.Г., Рождественский Ю.В., Дьяченко Ю.Г. Умножитель с накоплением: методологические аспекты // Системы и средства информатики – М.: т. 24, № 3, 2014 – С. 44-62.

DOI:10.14357/08696527140304

Аннотация: Представлены подходы к проектированию самосинхронной (СС) аппаратуры и рассмотрены условия внутрисистемной интеграции синхронных и СС-устройств в рамках супер-ЭВМ на примере разработки СС-устройства ум-ножения-сложения, соответствующего стандарту IEEE 754 и выполняющего либо одну операцию двойной точности, либо одновременно две операции одинарной точности над тремя операндами. Устройство реализовано по КМОП-технологии с проектными нормами 65 нм с использованием в умножителе самосинхронного троичного кодирования. В зависимости от исполнения оно работает с асинхронным или синхронным окружением и обеспечивает производительность на уровне не менее 1 гигафлопс при времени задержки формирования результата относительно поступления входных операндов не более 6 нс.

Базис реализации супер-ЭВМ эксафлопсного класса

Соколов И.А., Степченков Ю.А., Бобков С.Г., Захаров В.Н., .Дьяченко Ю.Г., Рождественский Ю.В., Сурков А.В. Базис реализации супер-ЭВМ эксафлопсного класса // Информатика и ее применения – М.: ТОРУС ПРЕСС, т. 8, вып. 1, 2014 – С. 45-70.

DOI:10.14357/19922264140106

Аннотация: Статья посвящена выбору схемотехнического базиса реализации микропроцессоров и коммуникационных сред супер-эвм эксафлопсного класса. Проведен сравнительный анализ характеристик цифровых устройств различной сложности, реализованных в синхронном (С) и самосинхронном (СС, self-timed) базисе. Подтверждены основные преимущества СС-схем по сравнению с синхронными аналогами: отсутствие гонок, максимально возможный диапазон работоспособности, высокое быстродействие, относительно низкая мощность потребления. В результате перехода от синхронной к квазисамосинхронной и самосинхронной реализации зона работоспособности устройства расширяется независимо от его сложности. В наибольшей степени эти преимущества проявляются при использовании СС-схем для проектирования надежной цифровой аппаратуры. Рассмотрены различные методологии проектирования СС-схем. Проведен сравнительный анализ реализации СС-схем в обобщенном базисе схем, нечувствительных к задержкам, развиваемом авторами, и в базисе NCL (NULL Convention Logic) схем. Показано, что предлагаемый базис обеспечивает получение схем с лучшими параметрами по быстродействию, аппаратурным затратам и энергопотреблению при проектировании типовых цифровых устройств, составляющих основу для построения современных вычислительных систем и комплексов.

Самосинхронный умножитель с накоплением: практическая реализация

Степченков Ю.А., Дьяченко Ю.Г., Рождественский Ю.В., Морозов Н.В., Степченков Д.Ю., Рождественскене А.В., Сурков А.В. Самосинхронный умножитель с накоплением: практическая реализация // Системы и средства информатики – М.: Т. 24, № 3, 2014. – С. 63-77.

DOI:10.14357/08696527140305

Аннотация: Статья посвящена результатам разработки вариантов независимого от задержек устройства умножения-сложения (SIFMA — Speed-Independed Fused Multiply-Add), соответствующего стандарту IEEE 754 и выполняющего либо одну операцию умножения с накоплением двойной точности, либо одну или две операции одинарной точности над тремя операндами. Устройство разработано по стандартной технологии КМОП (комплементарная структура металл–оксид–полупроводник) с проектными нормами 65 нм. Оно работает с синхронным или асинхронным окружением и обеспечивает среднюю производительность на уровне 1 Гфлопса при напряжении питания 1 В и температуре 25?C. Энергопотребление при этом не превышает 970 мдж/ггц.

Проектирование самосинхронных схем: Структурные методы в иерархическом анализе

Плеханов Л.П. Проектирование самосинхронных схем: структурные методы в иерархическом анализе // Информатика и ее применения. М.: ТОРУС ПРЕСС, 2014 ‑ т. 8, вып. 3. – С. 105-113.

DOI:10.14375/19922264140312

Аннотация: Самосинхронные схемы (СС-схемы) имеют уникальные свойства независимости от задержек И отказобезопасности. Рассмотрена одна из главных проблем проектирования таких схем—анализ самосинхронности больших схем. В традиционном подходе схемы анализируются событийными методами, по переключениям элементов. Сложность вычислений в таком подходе экспоненциально растет от раз- Мера и/или других параметров схем, что не позволяет анализировать большинство практически значимых схем. Решение проблемы предлагается в функциональном подходе—без использования переключений—и иерархическом описании схем. В иерархическом анализе самосинхронности наряду с анализом логиче- Ских функций предлагается использовать структурные методы — исследование взаимосвязей элементов и фрагментов. Такой способ позволяет резко уменьшить трудоемкость вычислений и в итоге решить Одну из главных проблем проектирования СС-схем — анализ схем любого размера. Эффективность предложенных методов подтверждена с помощью экспериментальных программных средств.

Иерархический метод анализа самосинхронных электронных схем

Л. П. Плеханов. Иерархический метод анализа самосинхронных электронных схем // Системы и средства информатики, – М.: ТОРУС ПРЕСС, Т. 22, № 1, 2012 – С. 62-73

Аннотация: Развитию и внедрению самосинхронных схем (СС), обладающих уникальными свойствами, во многом препятствуют трудности проектирования, в частности анализ на самосинхронность «больших» схем. Предлагается иерархический метод анализа схем неограниченного размера, основанный на функциональном подходе. В литературе подобного подхода и метода не отмечено.

Система характеризации самосинхронных элементов

Ю. Г. Дьяченко, Н. В. Морозов, Д. Ю. Степченков, Ю. А. Степченков. Система характеризации самосинхронных элементов // Системы и средства информатики, – М.: ТОРУС ПРЕСС, Т. 22, № 1, 2012 – С. 38-48

Аннотация: Представлена методика характеризации (извлечения временных и электрических параметров для формирования функционально-логической модели) элементов библиотеки для проектирования самосинхронных (СС) схем. Показано, что специфика поведения СС-элементов накладывает дополнительные ограничения на процесс характеризации и приводит к изменению смысла некоторых параметров модели элемента. Описана программная система характеризации СС-элементов. Представлены результаты ее опытной эксплуатации.

Самосинхронные схемы – будущее микроэлектроники

Степченков Ю.А., Дьяченко Ю.Г., Горелкин Ю.А. Самосинхронные схемы – будущее микроэлектроники – «Вопросы радиоэлектроники», серия «Электронная вычислительная техника», выпуск 2 – М.:  2011 – С. 153-184.

Аннотация — Статья посвящена проектированию самосинхронных (СС) схем. На примере СС-устройств различной сложности подтверждаются их основные преимущества по сравнению с синхронными аналогами: отсутствие гонок, максимально возможный диапазон работоспособности, высокое быстродействие, относительно низкая мощность потребления. В наибольшей степени эти преимущества проявляются при использовании СС-схем для проектирования надежной цифровой аппаратуры. В настоящей статье приводятся результаты сравнительных испытаний тестовых кристаллов и моделирования вариантов реализации традиционных и отказоустойчивых синхронных и СС-устройств. Они демонстрируют, что, независимо от сложности устройства, зона его работоспособности расширяется при переходе от синхронной к СС-реализации.

Особенности классификационного анализа самосинхронных схем

Ю. В. Рождественский, Н. В. Морозов, А. В. Рождественске. Особенности классификационного анализа самосинхронных схем // Системы и средства информатики, – М.: ТОРУС ПРЕСС, Т. 21, № 1, 2011 – С. 92-104

Аннотация: Предметом статьи является исследование методов анализа асинхронных схем на независимость их поведения от задержек логических элементов. Предлагаемый метод в теоретической части базируется на диаграммах переходов (метод в глобальных моделях) с последующим тождественным преобразованием к событийным моделям. Полученные алгоритмы анализа обладают строгой фундаментальностью метода в глобальных моделях, но не требует полного перебора достижимых состояний схемы. Сложность задачи изменилась с экспоненциальной на полиномиальную. Классификационный анализ уточняет свойства исследуемой схемы, представляет развернутую диагностику и определяет возможные причины возникших нарушений.

О свойстве самосинхронности цифровых электронных схем

Л.П. Плеханов. О свойстве самосинхронности цифровых электронных схем // Системы и средства информатики, – М.: ТОРУС ПРЕСС, Т. 21, № 1, 2011 – С. 84-91

Аннотация: Обсуждаются понятие самосинхронности с практической точки зрения и его связь с классическим определением независимости от задержек. Показано, что одного свойства независимости от задержек недостаточно для самосинхронности. Приводятся практические следствия теоретических положений при разработке самосинхронных (СС) схем. Дается связь самосинхронности с недавно вступившим в действие новым стандартом по надежности.

Анализ на самосинхронность некоторых типов цифровых устройств

Ю. А. Степченков, Ю. Г. Дьяченко, Ю. В. Рождественский, Н. В. Морозов. Анализ на самосинхронность некоторых типов цифровых устройств // Системы и средства информатики, – М.: ТОРУС ПРЕСС, Т. 21, № 1, 2011 – С. 74-83

Аннотация: Представлен подход к проверке цифровой схемы на самосинхронность с использованием программных средств, реализующих событийный метод анализа. Показано, что стопроцентная тестовая полнота анализа на самосинхронность для регистров сдвига и памяти обеспечивается относительно простыми средствами. Предложена методика отладки схемы в процессе анализа на самосинхронность произвольной схемы. Обоснована необходимость иерархического подхода к анализу сложной схемы на самосинхронность.