Description methods for asynchronous circuits : a comparison

Abstract

Die Fortschritte in den Siliziumherstellungsverfahren ermöglichen es, Systeme mit Milliarden von Transistoren auf einem einzigen Chip zu integrieren. Die Nachteile einer solchen Miniaturisierung sind höhere Parametervariabilität, die zu Problemen mit Zuverlässigkeit führt, erschwerte Taktverteilung, hoher Energieverbrauch und andere. Beführworter von asynchronen Schaltungen behaupten, diese seien eine mögliche Lösung von den meisten dieser Probleme und sie sind tatsächlich eine zunehmend interessante Designmöglichkeit.<br />Das Ziel dieser Arbeit ist es, die etabliertesten Beschreibungsmethoden für asynchrone Schaltungen zu beschreiben, sie anhand einer Anzahl von Parametern zu vergleichen und ihre Vorteile und Nachteile zu benennen.<br />Um die Unterschiede besser zu verdeutlichen, wurde ein einfacher Ringnetzwerkkontroller mit allen den betrachteten Methoden beschrieben und auf die Konsequenz derer Benutzung für die Beschreibung hingewiesen.<br />Um die Benutzung von Beschreibungsmethoden in ihren typischen Anwendungsgebieten zu zeigen, wurden zusätzlich gewählte Teile von dem auf der Fakultät entwickelten SPEAR2 Prozessor mit den Methoden beschrieben.<br />Als Ergebnis dieser Arbeit ist jetzt ein Vergleich von sieben Beschreibungsmethoden vorhanden, die diese Methoden, im Gegensatz zu der bestehenden Literatur, vom selben Blickwinkel betrachtet, und zwar durch sorgfältig ausgewählte Beurteilungskriterien. Dieser Vergleich mit den gewählten anschaulichen Beispielen kann einerseits zukünftigen Entwicklern von asynchronen Schaltungen bei der Wahl einer Beschreibungsmethode fär ein Projekt von Nutzen sein. Gleichzeitig aber kann sie durch die Erfassung der grundlegenden Konzepte der betrachteten Methoden zusammen mit deren Vergleich wertvoll für didaktische Präsentationen von asynchronem Design sein.<br />

The advances of silicon manufacturing technology make it possible to integrate billion-transistor systems on a single die but the price to pay is higher parameter variability, resulting in problems with reliability, difficult clock distribution, high power consumption and more. Proponents of asynchronous circuits claim them to be a possible solution to most of these problems and they are indeed becoming an increasingly interesting design choice.<br />The aim of this work is to describe the most established description methods for asynchronous circuits, compare them in respect to a number of parameters and list their advantages and disadvantages. To further illustrate the differences, a simple ring topology network interface controller is described with all the considered methods and the implications of their use for the description are indicated. Next, to demonstrate the use of each description method in its typical eld of application, selected parts of the faculty developed SPEAR2 processor are implemented with the methods.<br />As a result of this work a comparison of seven di erent description methods is now available that, unlike the existing literature so far, views these methods from the same angle, namely a carefully chosen set of criteria. This comparison, along with the selected demonstrative examples, could serve prospective designers of asynchronous circuits when choosing a description method for a project.<br />At the same time, the extraction of the underlying concepts of the considered methods along with their comparison is also valuable for a didactic presentation of asynchronous design.<br />