Power Optimization and Synthesis at Behavioral and System Levels Using Formal Methods

تراکم مدارهای مجتمع و سرعت های عملیاتی همچنان با نرخ تصاعدی در حال افزایش هستند. با این حال، تراشه‌ها نمی‌توانند بدون کاهش شدید مصرف برق فراتر از سطوح فعلی، بزرگ‌تر و سریع‌تر شوند. بنابراین به حداقل رساندن مصرف انرژی در تراشه های VLSI به یک هدف مهم طراحی تبدیل شده است. در واقع، با رشد انفجاری تقاضا برای لوازم الکترونیکی قابل حمل و فشار معمول به سمت عملکردهای پیچیده تر و عملکرد بالاتر، مصرف برق در بسیاری از موارد به عامل محدود کننده در برآوردن تقاضای بازار تبدیل شده است.
نسل جدیدی از ابزارهای CAD آگاه به قدرت در حال ورود به بازار هستند تا به طراحان کمک کنند تا سطح مصرف برق را در اکثر مراحل طراحی IC برآورد، بهینه سازی و تأیید کنند. این ابزارها به ویژه در سطح ثبت-انتقال و پایین تر رایج هستند. نیاز زیادی به ابزارها و قابلیت های مشابه در سطوح رفتاری و سیستمی فرآیند طراحی وجود دارد. بسیاری از محققان و توسعه دهندگان ابزار CAD در حال کار بر روی مدل سازی و برآورد توان در سطح بالا و همچنین سنتز و بهینه سازی سطح بالا با محدودیت توان هستند. با این حال، تکنیک ها و ابزارها به تنهایی برای بهینه سازی اتلاف توان مدار VLSI کافی نیستند - یک روش طراحی سازگار و همگرا نیز مورد نیاز است.
بهینه‌سازی و سنتز توان در سطوح رفتاری و سیستمی با استفاده از روش‌های رسمی برای رسیدگی به برخی از مشکلات کلیدی در تجزیه و تحلیل توان و بهینه‌سازی در اوایل فرآیند طراحی نوشته شده است. به طور خاص، این کتاب بر مدل‌سازی کلان قدرت مبتنی بر تحلیل رگرسیون و کمینه‌سازی توان از طریق تبدیل‌های رفتاری، زمان‌بندی، تخصیص منابع و پارتیشن‌بندی و نقشه‌برداری سخت‌افزار/نرم‌افزار تمرکز دارد. آنچه این کتاب را از سایر آثار منتشر شده در این زمینه متمایز می کند، مبنای ریاضی و فرمالیسم پشت الگوریتم ها و بهینه بودن این الگوریتم ها با توجه به مفروضات بیان شده است.
از پیشگفتار:
«این کتاب با ارائه مجموعه‌ای از الگوریتم‌ها با ویژگی‌های بهینه‌سازی تضمین‌شده، کمک مهمی به حوزه فن‌آوری‌های طراحی سیستم می‌کند، که به راحتی می‌توان آنها را به کار برد. طراحی در سطح سیستم این کمک به موقع است، زیرا نیاز به روش‌های جدید برای تولید ابزار طراحی جدید را برطرف می‌کند، که از طراحی سیستم‌های الکترونیکی با الزامات حتی بیشتر پشتیبانی می‌کند.
جووانی دی میشلی، استاد دانشگاه استنفورد

Integrated circuit densities and operating speeds continue to rise at an exponential rate. Chips, however, cannot get larger and faster without a sharp decrease in power consumption beyond the current levels. Minimization of power consumption in VLSI chips has thus become an important design objective. In fact, with the explosive growth in demand for portable electronics and the usual push toward more complex functionality and higher performance, power consumption has in many cases become the limiting factor in satisfying the market demand.
A new generation of power-conscious CAD tools are coming onto the market to help designers estimate, optimize and verify power consumption levels at most stages of the IC design process. These tools are especially prevalent at the register-transfer level and below. There is a great need for similar tools and capabilities at the behavioral and system levels of the design process. Many researchers and CAD tool developers are working on high-level power modeling and estimation, as well as power-constrained high-level synthesis and optimization. Techniques and tools alone are, however, insufficient to optimize VLSI circuit power dissipation - a consistent and convergent design methodology is also required.
Power Optimization and Synthesis at Behavioral and System Levels Using Formal Methods was written to address some of the key problems in power analysis and optimization early in the design process. In particular, this book focuses on power macro-modeling based on regression analysis and power minimization through behavioral transformations, scheduling, resource assignment and hardware/software partitioning and mapping. What differentiates this book from other published work on the subject is the mathematical basis and formalism behind the algorithms and the optimality of these algorithms subject to the stated assumptions.
From the Foreword:
`This book makes an important contribution to the field of system design technologies by presenting a set of algorithms with guaranteed optimality properties, that can be readily applied to system-level design. This contribution is timely, because it fills the need of new methods for a new design tool generation, which supports the design of electronic systems with even more demanding requirements'.
Giovanni De Micheli, Professor, Stanford University