Kharkov National University of Radio Electronics, Design Automation Department, hahanov.kture.kharkov.ua
В.И. ХАХАНОВ, MURAD ALI ABBAS, Е.И. ЛИТВИНОВА, И.В. ХАХАНОВА, BAGHDADI AMMAR AWNI ABBASKharkov National University of Radio Electronics, [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
1
МЕТОДЫ ВЫСОКОУРОВНЕВОГО И ЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В САПР СБИС
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
2
Agenda
Метрика киберпространства для оценивания решения ; Структуры данных для поиска, распознавания и принятия решения; Архитектура логического ассоциативного мультипроцессора; Инфраструктура векторно-логического анализа; Восстановление работоспособности.
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Итеративный характер проектирования
3
Уточнение требований на фазе
RTL-проектирования
Уточнение RTL-модели на фазе
размещения
Проблемы требований в
момент готовности чипа к
производству
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Роль функциональной верификации
4
Проверка свойств
Проверка эквивалентности
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Цели верификации на основе ассерций
5
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Modeling in SystemC TLM 2.0 Verification in SystemVerilog using SVA assertions
System-Level Verification Environment
•System-Level Verification System-Level Verification EnvironmentEnvironment
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Fault Model
• Data faults Generic payload’s data fields
• Control faults• Generic payload’s data fields• Handshaking
• Phase• Return status
• Transport interfaces
7
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Fault Simulation
•PE2•PE1 •PE3 •PEn
•Switch
•Memory1
•Memoryk •PE1 •PEm
8
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Testability & BIST
PE 1 PE 2
ATE Memory
ATE Memory
PE 4PE 3
FeedBackPE (5)
PE 2 PE 3Collection
PointPE 4Distribution
Point PE 1
ATE Memory
ATE Memory
BIST Controller
Collection Point
Distribution Point
FeedBackPE (5)
10
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Связь ассерций с методами верификации
11
Кроме того ассерции связаны с: Верификацией пересечений тактовых доменов (Clock Domain Crossing) Верификацией на уровне связи между TLM- и RTL-компонентами Ассерционными библиотеками (Open Verification Library) Верификационными IP
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
12
Метрика киберпространства для оценивания решения Дискретное векторно-логическое пространство – киберпространство – совокупность взаимодействующих по соответствующей метрике информационных процессов и явлений, описываемых векторами (кортежами) логических переменных и использующих в качестве носителя компьютерные системы и сети.
Метрика кибернетического пространства определяется единственным равенством (1), которое формирует нуль-вектор для xor-суммы расстояний между ненулевым и конечным числом точек (объектов), замкнутых в цикл:
0.dβ in
1i
Классическое задание метрики для определения взаимодействия одной, двух и трех точек в векторном логическом пространстве, является частным случаем -метрики при i=1,2,3 соответственно: β
).c,a(d)c,b(d)b,a(d0ddd);a,b(d)b,a(d0dd
;ba0dM
32121
1
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Triangle Cyber Space
Имеется пять точек в векторном пространстве: (000111, 111000, 101010, 010101, 110011). Замыкание этих точек в цикл дает следующие стороны-расстояния в пятиугольнике: (111111, 010010, 111111, 100110, 110100). Покоординатное сложение всех векторов дает результат: (000000). Практическая значимость данного факта заключается в возможности восстановления любого расстояния в замкнутом цикле, если известны (n-1) сторона фигуры. Для треугольника это означает восстановление третьей стороны по известным двум. Если же создать из треугольников замкнутое логическое пространство (рис. 1), то можно сэкономить 66% от объема данных, который формирует все расстояния в логическом пространстве.
13
Функциональная зависимость отношения восстанавливаемых сторон замкнутого в треугольник пространства к общему числу n слоев треугольной структуры определяется выражением:
.)1n(3
3n1n3n
31
1n1n2
31
)11n
2(31
i)(31)(i
n,1i
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Метрика кибернетического многозначного векторно-логического пространства
Метрика кибернетического многозначного векторно-логического пространства, где каждая координата вектора, соответствующего объекту, определена в алфавите, составляющем булеан на универсуме примитивов мощностью p:
Единственная координатная операция , используемая, например, в четырехзначной модели Кантора, определяется соответствующей таблицей:
Мощность алфавита (булеана) определяется выражением , где p – число примитивов.
14
in
1idΔβ
j1,iji, dΔd
x10x01x10x101x0
x10Δ
x10x111000x10
x10xxxxx1x1x10xx00
x10
x01a~x10a
p2m
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
15
Интегральная теоретико-множественная метрика для оценивания качества запроса
Интегральная теоретико-множественная метрика для оценивания качества запроса есть функция взаимодействия многозначных по координатам векторов , которая определяется средней суммой трех нормированных параметров: кодовое расстояние , функция принадлежности и функция принадлежности :
)A,m(d)Am(μ
;)xAm( cardc
);xm( cardb );xA( carda
;2)mA( ;2)Am(
)];Am( cardn[n1)A,m(d
)],mA()Am()A,m(d[31Q
ik
1ii
i
k
1ii
k
1i
bcac
i
k
1ii
С учетом изоморфизма теоретико-множественных и логических операций арифметический критерий без усреднения функций принадлежности и кодового расстояния можно трансформировать к виду:
Am
)mA(
x}.{0,1,}A,m{x{0,1};}A,m{1U
U);Am(cardU)m(card)mA(μ
;U)Am(cardU)A(card)Am(μ
;U)Am(card)A,m(d
,)mA(μ)Am(μ)A,m(dQ
iiii
ik
1iii
ik
1iii
ik
1ii
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Интегральная теоретико-множественная метрика для оценивания качества запроса
Для того, чтобы окончательно исключить арифметические операции при подсчете векторно-логического критерия качества, необходимо логически объединить три оценки в одну:
Процедура вычисления векторного критерия качества зависит от значности алфавита:
Для двоичного алфавита таблица истинности координатной xor-операции имеет вид:
16
.AmAmmmAAmAAmmA
]AmmmAAmA[)AmmA(]AmmmAAmA[Am
)]Am(m[)]Am(A[AmAmmAmAAm
)mA(μ)Am(μ)A,m(dQ
x}.{0,1,}A,m{AΔm
{0,1};}A,m{AmQii
ii
01110010
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
17
Регистр сдвига и уплотнения единицПроцесс-модель поиска оценки лучшего решения с минимальным числом единичных координат из более, чем двух альтернатив, включает следующие операции:
Y.QYQQ);Q)QQ((Y
));Q)QQ(((Q))Q)QQ(((QQ
i
i
iii
1) Первоначально в вектор-результат Q, в котором будет сохранено лучшее решение, заносятся единичные значения во все координаты (худшее решение) и одновременно осуществляется операция slc сдвига влево с уплотнением единиц текущего вектора iQ2) Выполняется сравнение двух векторов: Q и очередной оценки из списка решений. 3) Реализуется векторная операция and а результат сравнивается с вектором Q.4) Процедура поиска оценки лучшего решения повторяется n раз.
iQ
)QQ( i
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Структуры данных для поиска, распознавания и принятия решения
Метрика качества дает возможность оценивать близость пространственных объектов друг к другу или их взаимодействие.
.Amm)mA(μ;AmA)Am(μ
;Am)A,m(d),mA(μ)Am(μ)A,m(dQ
).m,...,m,...,m,m(m);A,...,A,...,A,A(A
);A,...,A,...,A,A(A};nop,slc,not,xor,or,and{Δ
);A,...,A,...,A,A(A);Q,...,Q,...,Q,Q()A,m(Q
;0]Q)QQ[()AΔm(Qmin)A,m(P
ii
iii
iiiiii
qr21
msqijr2ij1ijij
isij2i1ii
ni21ni21
ijij
n,1jii
n
1ii
Взаимодействие ,входного вектора-запроса
с множеством
формирует решения с выбором лучшего из них по минимальному критерию качества:
)A,m(P
)m,...,m,...,m,m(m qr21
)A,...,A,...,A,A(A mi21
)]A...A...AA(m[Qmin)A,m(P mi21i
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Архитектура логического ассоциативного мультипроцессора
Логический ассоциативный мультипроцессор (ЛАМП) — это эффективная сеть процессоров, которая обрабатывает данные и обеспечивает обмен информацией между компонентами сети в процессе их решения. Базовая ячейка — векторный процессор для вычислителя может быть синтезирован на 200-х вентилях, что дает возможность сеть, содержащую 4096 вычислителей, легко реализовать в кристалле заказной СБИС, используя современную кремниевую технологию. Однако основное назначение ЛАМП — получение квазиоптимального решения в задаче поиска и (или) распознавания с использованием компонентов архитектуры, ориентированных на выполнение векторных логических операций:
19
}.m,m,m,m{m),AΔm(Qmin)A,m(P dcbain
1ii
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Архитектура ЛАМП и структура УПУ
Особенности реализации логического процессора заключаются в наличии трех бинарных (and, or, xor) и двух унарных (not, slc) операций. Последние можно присоединять к такту обработки регистровых данных, выбрав одну из трех операций (not, slc, nop — нет операции).
20Структура блока логических вычислений
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Инфраструктура векторно-логического анализа Для детализации структуры векторного процессора и УПУ далее рассмотрены аналитические и структурные процесс-модели, выполняющие анализ А-матрицы по столбцам или строкам. Первая из них предназначена для определения множества допустимых решений относительно входного запроса:
Вторая осуществляет поиск оптимального решения на множестве строк, найденных с помощью первой модели в результате их анализа:
Все операции, выполняемые двумя процесс-моделями — векторные.
21
).Am(A
];m)Am[(m
in
1ibi
bin
1ib
mai
)A()A(m
)A()A(m
i0m
i1m
mb
i0m
i1m
sb
aiai
aiai
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Восстановление работоспособности Процесс-модель поиска квазиоптимального покрытия:
22
].m)Am[(m
);Am(m
bibn
1iai
ibb
11..........1..........1..........11..........1..........111....1..1..1...........1..1..1..1....1......1.....1
Восстановление работоспособности дефектных ячеек памяти:
Оптимальное решение: 00000011111ma
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Процесс-модель встроенного сервисного обслуживания
Оценка эффективности процесс-модели:
23
.HH
HH;HH
Hk)-(1T
;)P1(1Y1L
;)P1(Y
,])HTL(31[min)H,T,L(FE
as
a
as
s
k)-(1n)k1(
n
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Векторный логический анализ информации
24
Infrastructure for logic decision making
ESL – Electronic SystemLevel Design
Семь параметров повышения производительности мозгоподобного компьютера:
1) Исключение арифметических операций из системы команд процессора.
2) Использование в вычислительных процедурах алгебры векторной логики. Компьютер выигрывает у человека в способности быстро анализировать большое число существенных логических переменных, сконкатенированных в вектор-запрос.
3) Применение мультипроцессорной матрицы для распараллеливания вычислительных процедур.
4) Использование векторного двоичного критерия качества для оценивания решения.
5) Введение операции векторизации в целях генерирования ассоциации минимального S-вектора существенных переменных, необходимых для поиска решения.
6) Создание вектор-бит D-оператора девекторизации для формирования двоичного решения на основе применения логических операций and, or, not или их комбинации к вектору (векторам) существенных переменных.
7) Создание P-платформы логических процесс-моделей (IP-cores) для поиска, распознавания и принятия решений.
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Процесс-модели анализа ассоциативных структур данных
Девекторизация есть автоматная, в общем случае, процедура формирования двоичного решения на основе определенных двоичных значений вектора (векторов) существенных переменных.
Процесс-модель девекторизации логических условий, подготовленных для принятия решения, имеет две альтернативные структуры:
Первая – комбинационная, формирует мгновенно двоичное решение, например, при наличии единичных значений на n входах элемента and.
Вторая – последовательностная или автоматная, – накапливает совокупность единичных условий n переменных во времени с помощью, например, счетной структуры.
Возможна комбинация в виде параллельно-последовательной или последовательно-параллельной схемы для принятия решения. В общем случае, девекторизатор, как цифровой формирователь решения, может быть представлен в виде автоматной модели первого рода:
25
)].1t(Z),t(m[g)t(Z)];1t(Z),t(m[f)t(Y
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Примитивные процесс-модели принятия решений
Каждому варианту взаимодействия можно поставить в соответствие теоретико-множественную диаграмму, а также логическую схему, которая соответствует процесс-модели принятия решения.На рынке электронных технологий наиболее распространенными являются две альтернативные модели данных: явная табличная и неявная аналитическая. Таблица истинности есть совокупность векторов, задающих поведение дискретного объекта в многозначном (двоичном) алфавите с выраженным отношением координат входных и выходных переменных:
26
)X(fY
},...,,...,,{C),Y,X(C
),C,...,C,...,C,C(C
kr21ij
iii
ni21
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Диаграммы Хассе для минимизации логической функции
H-метод минимизации булевых функций. Процесс-модель минимизации булевой функции по избыточной таблице истинности может быть получена, если использовать диаграмму Хассе в качестве формы, позволяющей оптимально задавать иерархию и эволюцию любой ассоциативной логической структуры. На рисeyrt представлены три графа, где первый и второй соответствуют нулевым и единичным строкам таблицы истинности F, а третий является результатом вычитания Достоинства диаграммы Хассе в данном примере заключаются в эффективном формировании решения на основе теоретико-множественного вычитания содержимого вершин нулевого графа из соответствующих вершин единичного графа.
2711111111111110110101011011010101111010111000010100010011110101110101010000101000010101001001000000000000
FmXXXXXXXXXXXX 321323121321
0i
1i G\GG
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
Граф Хассе
Граф Хассе – идеальное представление таблицы истинности любой теоретико-множественной операции. Она компактна, не избыточна, но взамен требует несколько тактов для своего выполнения. Если бы удалось построить предметные ассоциации в соответствии с графом, то все вопросы анализа и синтеза решались бы на уровне операций в головном мозге.
28
Иерархия анализа сочетаний слов в предложении
Алфавит бинарных отношений
Kharkiv National University of Radio Electronics, Design Automation Department, e-mail: [email protected]
МЭС 2012, 8-12 октября
ВыводыПредложен новый подход векторно-логической обработки ассоциативных данных с полным исключением арифметических операций, влияющих на быстродействие и аппаратную сложность, который может быть эффективно реализован на основе использования современной микроэлектронной аппаратуры в виде мультипроцессорной цифровой системы на кристалле. Фактическая реализация подхода основана на предложении моделей и методов, использующих общую идею векторно-логической метрики киберпространства: 1. Процесс-модели анализа ассоциативных таблиц ориентированные на достижение высокого быстродействия анализа информационных объектов и подсчета критериев качества их взаимодействия на основе векторных логических операций для поиска, распознавания образов, принятия и оценивания решений в киберпространстве. 2. Метод параллельного решения ассоциативно-логических задач с минимальным числом векторных логических операций и полным исключением арифметических команд, что обеспечивает высокое быстродействие, минимальную стоимость и незначительное энергопотребление вычислителя, реализованного на кристалле программируемой логики. 3. Новые векторно-логические процесс-модели встроенного диагностирования цифровых систем на кристаллах, поиска квазиоптимального покрытия, использующие средства логического ассоциативного мультипроцессора, параллельные операции вычислительных процессов и векторно-логический критерий качества. Практическая значимость полученных результатов подтверждена созданием встроенного компонента для диагностирования и восстановления работоспособности памяти в цифровой системе на кристалле. Дальнейшие исследования направлены на разработку прототипа логического ассоциативного мультипроцессора для решения актуальных задач поиска, распознавания и принятия решений с помощью векторного логического анализа.
29