AVTOMATSKA SINTEZA TOPOLOGIJ ANALOGNIH ELEKTRIČNIH VEZIJROJEC, ŽIGA (Avtor) Fajfar, Iztok (Mentor) avtomatska sintezaanalogna vezjaračunalniško podprto načrtovanjeevolucijski algoritmiveckriterijska optimizacijahibridna optimizacijaNačrtovanje analognih vezij je dolgotrajen proces, ki zahteva vso pozornost izkušenega razvijalca. Že desetletja velja, da načrtovalcu vezja v izdatni meri pomagajo namenske računalniške metode. Delo načrtovalca je tako rekoč revolucionaliziral simulator SPICE, ki uporabniku omogoča, da mu ob vsakokratni spremembi zasnove vezja ni potrebno ponavljati kompleksnih izračunov. Namesto njega namreč izračune z izjemno hitrostjo opravi računalnik. Z zaostrovanjem načrtovalskih zahtev, pomanjkanjem inženirjev ter vse krajšimi časovnimi roki je računalniška znanost razvijalcem pomagala z novim orodjem - parametrsko optimizacijo. S tem avtomatičnim postopkom je mogoče numerične parametre vezja (upornost, kapacitivnost ter širino in dolžino vrat tranzistorjev) nastaviti tako, da lahko z dano konfiguracijo elementov (topologijo) zagotovimo kar najboljše karakteristike vezja. Občasno pa se izkaže, da kljub optimizaciji parametrov ne izpolnimo zahtevanih karakteristik. V takem primeru je potrebno izbrati drugo topologijo ali razviti novo, ki bo ustrezala danim zahtevam. Iz tega sledi naslednji logični korak v razvoju metod za računalniško načrtovanje vezij. V tej doktorski disertaciji razvijemo postopek, s pomočjo katerega omogočimo tako avtomatsko sintezo topologije kot tudi parametrov analognega vezja. Na podlagi visoko nivojske zahteve o delovanju vezja (želeno ojačanje, dušenje, pasovna širina in podobno) se odvija evolucijski proces, ki topologijo ter parametre vezja spreminja v smeri končne rešitve, hkrati pa strogo upošteva omejitve, ki smo jih določili ob začetku. V tej doktorski disertaciji sprva raziščemo prednosti ter pomanjkljivosti nekaterih že obstoječih pristopov k avtomatski sintezi. Eden glavnih problemov obstoječih načinov je napihovanje, torej nebrzdana rast topologije tekom sinteze, s pomočjo katere poskušamo zadostiti vsem zahtevam. Zato je eden izmed izzivov pri razvoju orodij za avtomatsko sintezo oblikovanje računalniške predstavitve topologije, ki bo omogočala velik iskalni prostor, po drugi strani pa bo zapis omejevala pred napihovanjem. V disertaciji poleg matričnega zapisa povezav razvijemo tudi operatorje, s pomočjo katerih topologijo spreminjamo po principih izmenjave genskega zapisa. Zapis topologije, ki ga predstavimo, lahko kot gradnike vezja uporablja tako osnovne elektronske elemente kot tudi podvezja s poljubnim številom priključkov. Sistematično preizkušanje prav vseh medsebojnih topoloških kombinacij električnih gradnikov bi bilo z obstoječo strojno opremo časovno neizvedljivo. Zato za iskanje po prostoru rešitev uporabimo algoritem po zgledu naravne evolucije, ki vezje razvije v primernih časovnih okvirjih. Predstavimo dva različna pristopa k evolucijskemu razvrščanju osebkov, in sicer eno- ter večkriterijskega. Enokriterijsko razvrščanje se izkaže za uspešno pri sintezi enostavnejših vezij, z večkriterijskim pa uspemo ustvariti tudi zahtevnejša vezja. Z večkriterijskim razvrščanjem dosežemo dobro raznolikost osebkov v populaciji, kar zmanjša možnosti, da postopek konca v lokalnem minimumu. Ker pri topologijah z več elementi število numeričnih parametrov naraste, za njihovo ustrezno nastavitev uporabimo metodo PSADE, ki deluje kot pospeševalec konvergence. Predstavimo tudi kombinirano metodo, sestavljeno iz NSGA-II ter PSADE, s katero uravnoteženo skrbimo tako za raznolikost populacije kot tudi hitro konvergenco. Evolucijski algoritem je v našem delu zastavljen tako, da je mogoče izboljšati že obstoječe vezje, obenem pa iznajti vezje, sestavljeno zgolj iz naštetih elektronskih gradnikov. Za ustrezno ocenjevanje osebkov (vezij) v evolucijski populaciji razvijemo nove kriterijske funkcije, ki v prvi vrsti vodijo razvoj topologije, obenem pa tudi vezja kot celote. Uspešnost našega pristopa predstavimo na avtomatski sintezi pasivnih in aktivnih sit ter napetostne reference za tehnologijo BiCMOS. Predstavljena metoda še ne nadomešča dragocenih izkušenj načrtovalca vezij, lahko pa njegovo delo znatno pospeši ter pomaga pri razvoju novih načrtovalskih idej.20182018-10-26 08:59:07Doktorsko delo/naloga105109VisID: 44741sl