Curbing the design complexity of asynchronous circuits

Abstract

O projeto de circuitos assíncronos auto-temporizados (ST) oferece robustez a variações de atraso, mas enfrenta desafios que exigem soluções inovadoras. Esta Tese aprimora de forma abrangente o Pulsar, uma contribuição anterior do Autor, focada no projeto de circuitos assíncronos com ferramentas comerciais de automação de projeto eletrônico. Pulsar originalmente endereçava tão-somente o modelo pseudo-síncrono ST de lógica de convenção nula usando espaçadores duplos espacialmente distribuídos (em inglês, pseudosynchronous distributed dual spacer null convention logic or PS-SDDS-NCL). A Tese propõe dois novos modelos ST e estende Pulsar para dar suporte a estes. O primeiro modelo denomina-se espaçador duplo de indicação fraca (em inglês, weak-indicating dual spacer ou WInDS), um aprimoramento de indicação fraca para o modelo PS-SDDS-NCL. O segundo é o modelo ST organização assíncrona com histerese limitada (em inglês, asynchronous limited hysteresis organisation ou ALHO), que emprega sobretudo portas lógicas convencionais não-histeréticas. Estes modelos são propostos e integrados na estrutura Pulsar. Eles abordam alguns dos desafios na implementação de circuitos ST, refletindo a motivação da Tese para superar obstáculos no projeto de circuitos assíncronos e, ao mesmo tempo, lidar com excessivos área, potência e desempenho algumas vezes produzidos por circuitos ST. Ao estender a ferramenta Pulsar, a Tese propõe melhorias para apoiar ações de escolha, oferecendo maior flexibilidade ao projeto, e demonstra o uso de Pulsar para elaborar circuitos simples, bem como e uma implementação funcional completa de uma versão da arquitetura RISC-V de processador programável com os modelos introduzidos. Contribuições adicionais são a proposta de uma classificação alternativa para circuitos assíncronos, partindo da necessidade de diferenciar circuitos Quasi-Delay-Insensitive (QDI) de circuitos ST apartir dos seus pressupostos de temporização. A Tese também formaliza os requisitos para construir circuitos ST funcionais, propondo princípios fundamentais para o projeto e implementação eficientes destes. As contribuições fornecem uma abordagem estruturada para projetar circuitos assíncronos, com foco no modelo ST ALHO e na extensão do Pulsar para lhe dar suporte. O trabalho traz uma base para a exploração, pesquisa e desenvolvimento continuados no campo de projeto de circuitos assíncronos, empregando a ferramenta Pulsar e oferecendo novas perspectivas para o processamento deste paradigma.