Impacto del ruido por acople capacitivo en las violaciones de estado en nodos con operación subumbral en sistemas de 45, 32 y 22 namómetros.

Abstract

En 1958 Jack Kilby construyó el primer circuito integrado, que consistía en dos transistores, capacitores y resistencias, con interconexiones soldadas a mano. Actualmente, un procesador de Intel tiene varios miles de millones de transistores a nivel nanoscópico. Conforme se reduce el tamaño de los transistores, también se vuelven más rápidos, eficientes y baratos (Harris & Weste, CMOS VLSI Design: A Circuits and Systems Perspective, 2011). Sin embargo, esta reducción de tamaño implica que las interconexiones se acercan más y los acoples capacitivos incrementan. Este trabajo aborda este problema pues busca encontrar cómo se ve afectado el funcionamiento de los circuitos debido al ruido por acople capacitivo con distintas tecnologías. Específicamente se hizo un análisis de los circuitos operando en condiciones subumbral, pues es una técnica comúnmente utilizada para ahorrar potencia con la restricción de que la operación es más lenta. Este trabajo consiste en hacer un análisis temporal y de integridad de las señales en circuitos con miles de transistores en operación subumbral, y con distintas tecnologías. Para esto se requirió trabajar con varias herramientas de Synopsys en la plataforma de distribución de Linux llamada CentOS. Se instalaron las versiones más recientes de las herramientas requeridas y se modificaron los runsets y se crearon scripts conforme fue necesario. Para esto se consultaron los manuales de usuario y se trabajó acorde a las indicaciones que estos proporcionaban. Cuando se encontró el flujo de análisis apropiado se logró usar las herramientas de Synopsys exitosamente. La segunda parte del trabajo consiste en usar el flujo de análisis para analizar un circuito Sumador/Restador Ripple-carry de 32 bits. Para esto fue necesario obtener las curvas de transferencia DC y de rechazo de ruido para una compuerta inversora con voltajes de operación tanto en subumbral como en súperumbral con HSPICE. Después se obtuvo la curva de rechazo de ruido para un D Flip-flop de flanco negativo. Luego se estudió la inyección del ruido de dos compuertas inversoras que fueran agresores a una compuerta inversora víctima con longitud variable de interconexión. Estos resultados permitieron definir lo que sería una violación de estado para el Sumador/Restador Ripple-Carry de 32 bits. Finalmente se usó la herramienta NanoTime de Synopsys para analizar el circuito y se halló una mayor cantidad de violaciones de estado en operación subumbral, pero ningún error en las salidas del circuito.