Основные научные направления

• Разработка алгоритмического и программного обеспечения для проектирования изделий электронной техники, радиокомпонентов, интегральных схем, БИС и СБИС микроэлектронной аппаратуры;
• Проектирование цифровых и аналого-цифровых БИС для бытовой и специальной аппаратуры и их программного обеспечения;
• Разработка математического и программного обеспечения;
• Разработка математических моделей полупроводниковых приборов и методов их параметрической идентификации;
• Разработка VHDL- и Verilog- моделей сложных функциональных блоков БИС;
• Разработка библиотек стандартных элементов для проектирования цифровых и аналоговых БИС.

Кафедра ПКИМС сотрудничает:

• С ведущими предприятиями микроэлектроники РФ:
  • С Институтом Проблем Проектирования Микроэлектроники РАН,
  • ФГУП НИИМА «Прогресс»,
  • ФГУП НИИТМ и ВТ им. Лебедева;
• С фирмой Synopsys (США); Synopsy-Армения;
• С фирмой Unique IC's;
• С фирмой Intel;
• С фирмой Freescale Semiconductor.

Отчет по НИР кафедры ПКИМС

На кафедре выполнялись следующие научно-исследовательские работы:

1. НИР «Исследование принципов проектирования цифровых СФ-блоков для системы на кристалле» – руководитель профессор, д.т.н. Ермак В.В (госбюджетная) 01.01.2005 г.- 31.12.2007 г.

Результаты:

• определены наиболее значимые принципы построения высокоуровневых моделей цифровых СФ-блоков и их отображения на технологические библиотеки;
• разработаны прототипы высокоуровневых моделей ряда цифровых блоков на языке Verilog, а также варианты их реализации в кремнии для технологической библиотеки с проектными нормами 0,18мкм, аналогичной существующим коммерческим библиотекам;
• исследованы особенности построения встроенных средств самотестирования СФ-блоков при верификации СнК;
• разработан прототип высокоуровневой модели встроенных средств тестирования для ряда цифровых блоков комбинационной логики.

2. НИР «Разработка технологии нанесения сегнетоэлектрика» – руководитель профессор, д.т.н. Зайцев Н.А. 01.03.2007 г.- 31.10.2008 г.

Результаты:

• проведен анализ физического состояния сегнетоэлектрической пленки при переключении ячейки памяти, разработанной на ее основе из состояния «0» в состояние «1» и наоборот;
• определены основные параметры процесса поляризации сегнетоэлектрика;
• проведен анализ, позволяющий адекватно оценивать поведение сегнетоэлектрического конденсатора при различных режимах работы ячейки памяти.

3. НИР «Исследование маршрутов сквозного проектирования цифровых СБИС» – руководитель профессор, д.т.н. Беспалов В.А. (хоздоговорная) 20.12.2007 г.- 31.03.2009 г.

4. НИР «Отработка технологических режимов и изготовление опытных образцов микросхемы интегральной в металлокерамическом корпусе, герметизированной методом шовно-роликовой сварки» – руководитель д.т.н. Хренов Г.Ю. (хоздоговорная) 14.09.2009 г.- 10.12.2009 г.
Результаты: отработаны технологические режимы и изготовлены опытные образцы интегральной микросхемы.

5. НИР «Исследование принципов создания наноразмерных МОП СБИС и «систем на кристалле» с ультранизкой потребляемой мощностью» – руководитель доцент, к.т.н. Дьяконов В.М. (госбюджетная) 01.01.2008 г.- 31.12.2010г.
Результаты: разработаны принципы и методы построения энергоэффективных МОП СБИС и систем на кристалле.

6. НИР «Исследование принципов и методов синхронной и асинхронной обработки данных в системах на кристалле (СнК) с наноразмерными элементами» – руководитель профессор, д.т.н. Ермак В.В. (госбюджетная) 01.02.2009 г.- 31.12.2010 г.

Результаты:

• разработаны новые принципы организации синхронной и асинхронной обработки данных в СнК и СБИС с наноразмерными элементами;
• разработаны принципы и методы построения основных функциональных блоков.

7. НИР «Создание методов построения базовых элементов для конструирования микроэлектронных устройств с ультранизкой потребляемой мощностью» – руководитель аспирант Тараканов В.С. (госбюджетная) 20.08.2009 г.- 26.08.2010 г.

Результаты:

• разработаны методы построения энергоэффективных базовых элементов;
• разработаны схемотехнические и топологические варианты цифровых элементов с пониженной потребляемой мощностью.

8. НИР «Методы ускоренного высокоуровнего моделирования мультипроцессорных вычислительных систем с ассиметричным доступом к памяти» – руководитель аспирант Гаврилов В.С. (госбюджетная) 01.01.2010 г.- 30.06.2010 г.

9. НИР «Международная конференция с элементами научной школы для молодежи: Проектирование систем на кристалле: тенденции развития и проблемы» – руководитель профессор, д.т.н. Беспалов В.А. (госбюджетная) 21.04.2010 г. - 25.10.2010 г.

10. НИР «Исследование методов построения блоков конфигурируемой памяти для ПЛИС и СБМК» – руководитель аспирант Немчин Д.Ю. (госбюджетная) 01.10.2010 г. - 30.06.2011 г.
Результаты: проведен анализ существующих реализаций ПЛИС и СБМК ведущих производителей со встроенными блоками памяти.

11. НИР «Исследование методов переноса изображения и разработка системы проектирования фотошаблонов для микроэлектронных технологий субмикронного и нанометрового диапазона» – руководитель профессор, д.т.н. Беспалов В.А. (госбюджетная) 25.06.2009 г. - 15.08.2011 г.

Результаты:

• маршрут разработки фотошаблонов и подготовки управляющей информации для их изготовления, аттестованный на тестовой топологии с технологическими нормами 90 нм;
• внедрение результатов НИР в учебный план магистратуры для подготовки высококвалифицированных специалистов.

12. НИР «Разработка теоретико-графовых моделей сложно-функциональных блоков нанометровых СБИС» – руководитель профессор, д.т.н. Беспалов В.А. (госбюджетная) 01.01.2009 г. - 31.12.2011 г.

Результаты:

• разработан алгоритм структурного анализа СФ-блоков на транзисторном уровне, обеспечивающий декомпозицию и ускоренное логико-временное моделирование нанометровых СБИС с учетом особенностей нанометровых технологий;
• предложен новый метод анализа быстродействия цифровых КМОП-схем, обеспечивающий точный анализ паразитных эффектов топологии на логическом уровне анализа за счет использования модифицированной (ECSM*) модели и сведения очереди событий к топологическому порядку активизации подсхем;
• на основе предлагаемых методов и алгоритмов разработана экспериментальная программа, анализа быстродействия СФ-блоков СБИС с учетом влияния паразитных элементов топологии;
• по результатам численных экспериментов показано, что предлагаемый подход обеспечивает ускорение по сравнению с существующими методами быстрого схемотехнического моделирования на основе декомпозиции в 2-3,3 раза при сохранении точности в пределах 2-3%.

13. НИР «Исследование и разработка методов проектирования систем на кристалле с программируемой архитектурой» – руководитель профессор, д.т.н. Глебов А.Л. (хоздоговорная) 20.09.2010 г. - 15.11.2012 г.

Результаты:

• проведен анализ методов построения ПЛИС и СБМК по совместимой архитектуре;
• проведено исследование функциональных схем ПЛИС и СБМК, разработаны методики расчёта и построения логических блоков и логических коммутаторов;
• рассмотрены методы настройки ПЛИС и СБМК на реализацию требуемых логических функций;
• разработаны экспериментальные варианты функциональных схем логических блоков и логических коммутаторов;
• разработана программа внедрения результатов НИР в образовательный процесс;
• разработан комплект научно-методических материалов для лабораторного практикума по курсу «Проектирование системы на кристалле с программируемой архитектурой»;
• проведен анализ схем построения сканирующих регистров;
• разработана электрическая схема интерфейса и его компонентов;
• проведено исследование и разработка опытных схем параметризуемых блоков памяти;
• предложены опытные схемы синхронизации ПЛИС и СБМК;
• разработаны схемы фазовой автоподстройки частоты на 300 МГц;
• разработаны научно-методические материалы по курсу «Методы синтеза логических схем на основе поведенческих описаний»;
• проведено исследование методов синтеза кодировок ПЛИС и СБМК исходя из функциональных схем, логических функций и поведенческих моделей;
• разработана опытная программируемая система на кристалле, предназначенная для применения в цифровой аппаратуре широкой номенклатуры;
• разработаны методы программирования логических моделей программируемой системы на кристалле (ПСНК);
• подготовлены реальные диаграммы программирования опытной системы для реализации схем параллельного сумматора, синхронного счетчика и комбинационная логическая схема, показана идентичность временных рабочих диаграмм;
• разработана программа внедрения результатов НИР в образовательный процесс и комплекты научно-методических материалов по курсу «Проектирование системы на кристалле с программируемой архитектурой» и «Методы синтеза логических схем на основе поведенческих описаний».

14. НИР «Исследование методов управления кинетическими параметрами переноса носителей заряда при потреблении и диссипации энергии в наноструктурных элементах» – руководитель профессор, д.т.н. Беспалов В.А. (госбюджетная) 01.01.2011 г. - 31.12.2013 г.

Результаты:

• выработаны принципы и методы управления кинетическими параметрами переноса носителей заряда;
• определены уникальные методы исследования взаимосвязанных процессов преобразования энергии из внешней среды и энергопотребления элементов наноэлектронных устройств;
• построены оригинальные модели для исследования энергосберегающих решений наноструктурных элементов, проведены обобщение и оценка результатов исследований.

Разработанные методы наноразмерных базовых элементов позволяют создавать энергоэффективные цифровые устройства с ультранизким энергопотреблением, и при помощи разработанных физико-математических моделей энергоэффективных элементов проводить анализ и оптимизацию временных и энергетических характеристик разрабатываемых цифровых устройств.

15. НИР «Исследование принципов синхронной и асинхронной обработки цифровой информации в наноразмерных системах на кристалле (СиК)» – руководитель профессор, д.т.н. Глебов А.Л… (госбюджетная). 01.01.2011 г. - 31.12.2013 г.

Результаты:

• проведено теоретическое исследование принципов построения и особенностей проектирования синхронных и асинхронных микросхем, возникающих при переходе к наноразмерным технологическим параметрам;
• разработан комплекс методов и решений, позволяющих проводить оптимизацию схем, имеющих архитектуру микроконвейера, на основе использования диаграмм двоичных решений специального вида, приводящий к повышению быстродействия до 3,5 раз и уменьшению размеров схемы (количество транзисторов);
• предложен метод проведения исследований и моделирования логических схем с использованием диаграмм троичных решений;
• произведено логическое моделирование цифровой схемы и оценка потребляемой схемой мощности;
• предложен ряд методов проектирования цифровых блоков цифро-аналоговых микросхем, позволяющих уменьшить площадь, повысить точность расчетов и сократить помехи, вносимые ими в цепи земли и питания.

16. ПНИ «Разработка энергоэффективных функциональных блоков для наноэлектронных устройств и систем с автономным питанием» – руководитель профессор, д.т.н. Беспалов В.А. (субсидии из федерального бюджета в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы»). 17.06.2014 г. - 31.12.2015 г.

Краткое описание выполненных работ на 1 этапе ПНИ:

- Произведен аналитический обзор информационных источников;

- Исследованы способы создания беспроводных сенсорных и мобильных устройств с источниками энергии из окружающей среды:

• исследованы способы преобразования механической энергии внешнего электромагнитного поля излучения в электрическую;
• исследованы методы и средства создания энергоэффективных библиотечных элементов,
• исследованы методы создания энергоэффективных функциональных блоков;
• исследованы методы создания беспроводных сенсорных и мобильных устройств с источниками энергии из окружающей среды;

- Обосновано и выбрано направление исследований, в том числе:

• выбраны возможные направления проведения исследований в области создания наноэлектронных устройств и систем с альтернативными источниками энергии;
• выбраны возможные решения для создания энергоэффективных библиотечных элементов;
• выбраны возможные решения для создания конверторов, преобразующих механическую энергию и энергию внешнего электромагнитного поля в электрическую;
• произведена сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований по критерию энергопотребления предлагаемых к разработке библиотечных элементов и функциональных блоков для практического решения задач по построению наноэлектронных устройств с альтернативным питанием;
• обоснован выбор оптимального варианта направления исследований.

17. ПНИЭР «Исследование и разработка перспективных технологий автоматизированного проектирования элементной базы наноэлектронных систем с размерами транзисторов 28нм и ниже» - отв. исп.: профессор, д.т.н. Гаврилов Сергей Витальевич (субсидии из федерального бюджета в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы»), 29.09.2016 – 30.12.2018 г.

Результаты:

· Разработаны алгоритмы и программные средства логико-временного анализа для автоматизированного проектирования элементной базы наноэлектронных систем с учетом вариаций технологических и схемных параметров;
· Разработаны алгоритмы анализа влияния межсоединений на быстродействие сверхбольших интегральных схем с малыми геометрическими размерами;
· Разработаны алгоритмы и методы логического синтеза цифровых интегральных схем для FinFET технологии с учетом топологической реализации;
· Созданы математические, логические, топологические формальные модели приборов, библиотечных элементов и сложно-функциональных блоков интегральных схем с транзисторами нанометрового размера;
· Предложены маршрут и методика проектирования заказных сверхбольших интегральных схем для технологий 28 нм и ниже;
· Создан комплекс программных средств автоматизации логического проектирования и логико-временного анализа заказных сверхбольших интегральных схем для технологий 28 нм и ниже.