Кафедра проектирования и конструирования интегральных микросхем
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.
- 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;
- 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.