بخشی از مقاله
خلاصه
با کوچکتر شدن هندسه دستگاهها و بزرگتر شدن اندازه چیپ2، سرعت کلاک3 بیشتر میشود و تاخیر اتصالها4 به طور فزایندهای قابل توجه است. به خصوص تاخیر انتشار5 گذرگاههای طویل در برخی طراحیها باعث ایجاد محدودیت در سرعت میشود. یکی از مشکلات اصلی درطراحی های سابمایکرومتر عمیق6 گذرگاههای سریع تاخیر انتشار ناشی از تاثیر اشکال همشنوایی است. درمیان راهکارهای مختلف ارائهشده برای کاهش تاثیر اشکال همشنوایی، برخی از آنها بر کاهش مصرف انرژی، برخی بر کاهش تاخیر و موارد دیگر متمرکز میشوند. بسیاری از راهکارهای کاهش اشکال همشنوایی شامل حدف یا کاهش الگوهای ناخواسته و یا تحمل سربار مساحت ناشی از افزودن سیمها در گذرگاه، مدارهای اضافی و... است. تاثیر ناشی از افزودن راهکارهای مقابله با اشکال همشنوایی نباید تنها با افزایش کارایی مقایسه شود؛ بلکه عواملی مثل سربار مساحت نیز مهم است و باید مورد بررسی قرارگیرند.
.1 مقدمه
از میان مسایل چالش برانگیز، قابلیت اطمینان نقش کلیدی را در طراحی و پیادهسازی سیستم بر روی چیپ دارد. همشنوایی، برخورد ذرات 7، همشنوایی الکترومغناطیسی و اختلالات منبع تغذیه مهمترین اشکالات گذرایی هستند که قابلیت اطمینان سیستم بر روی چیپ را تهدید میکنند. بررسیها نشان دادهاند که اشکال همشنوایی به دلیل طبیعت سیستمهای بر روی چیپ که در کانالهای ارتباطیشان سیمهای موازی مجاور دارند متحملتر است. سیمهای موازی طویل ظرفیتهای جفت شدگی بین سیم- های مجاور تولید میکنند که به نوبه خود اشکال همشنوایی را روی برخی از سیمهای کانالهای سیستم بر روی چیپ ایجاد میکنند. خطای مثبت/منفی، تاخیر بالا/پایین رفتن و تسریع بالا/پایین رفتن، تاثیرات مستقیم اشکال همشنوایی هستند.
این تاثیرات منجر به اختلالات زمانبندی، خرابی داده، تاخیر در انتقال داده و مصرف توان اضافی برای انتقال داده میشوند. قدرت تاثیرات تداخل به الگو گذاری که روی سیمهای موازی مجاور کانالهای سیستم بر روی چیپ وجود دارد، وابسته است. به طور مثال در یک کانال 3 بیتی، الگوی بیتی "101" که الگوی بیتی "010" را دنبال میکند، قویترین اشکال همشنوایی را ایجاد میکند. در مقابل، ظاهر شدن الگوی بیتی "101" بعد از الگوی بیتی "111" ضعیفترین حالت رخداد تداخل را ناشی میشود. چندین روش مقابله با اشکالات همشنوایی پیشنهاد شدهاست. در سطح طراحی، روشها با استفاده از اصلاحاتی در طراحی چیپ، سعی در کم کردن ظرفیتهای جفتشدگی دارند. استراتژیهای مختلف مسیریابی مثالهایی از روشهای سطح طراحی هستند.
روشهای Shielding به عنوان یکی از سادهترین تکنیکها برای از بین بردن تاخیر ناشی از همشنوایی است. به عنوان روش دیگر، به وجود آوردن عمدی عدم توازن در زمانبندی، مانع از رخدادن الگوهای گذار غیرمجاز در سیمهای مجاور میشوند. تاخیر عدم توازن زمانبندی با زنجیرهای از معکوسکنندهها و یا سیگنال two-phase-clock ایجاد میشود. این روش تنها برای کانالهایی مورد استفاده است که در آنها تکرارکننده1 وجود داشته-باشد. کدهای کنترلکننده خطا قابلیت اطمینان کانالهای سیستم بر روی چیپ را در برابر خطای تداخل، با بالا بردن فاصله همینگ بین کدهای پشت سرهم افزایش میدهند. اگرچه کدها سربار توان کمی دارند اما نمیتوانند اشکالات همشنوایی را به طور کامل از کانالهای سیستم حذف کنند.
به تازگی مشخص شدهاست که کدگذاری گذرگاه میتواند مانع از رخداد برخی از انواع الگوهای داده با سربار فضای بسیار کمتری در مقایسه با روشهای shielding شود. این کدها معمولا با عنوان کدهای پرهیز از اشکال همشنوایی - CACs - 2 شناخته میشوند. کدگذاریهای پرهیز از اشکال همشنوایی میتوانند -1بدون حافظه- 2 3بر پایه حافظه4 باشند. کدگذاری بدون حافظه با استفاده از یک روش کدگذاری ثابت5 برای ایجاد کلمه کد6 بر مبنای کلمه داده7 کنونی که قرار است فرستادهشود، کدها را تولید میکند. کدگذاری بدون حافظه از کتاب کد8 متغیر با گذر زمان استفاده میکند. کدگذاری مبتنی بر حافظه کلمه کد را بر مبنای انتقال پیشین کد و کلمه داده کنونی که میخواهد منتقل شود، ایجاد میکند.
اگرچه این نوع کدگذاری کمتر نیاز به افزودن سیم در گذرگاه دارد، اما پیچیدگی این روش بیشتر است. بنابراین تنها روش شناختهشده تولید این کدها جستجوی جامع و روشهای هرسکردن است. همانطور که قبلا اشاره شد روشهای مختلفی برای مقابله با اشکال همشنوایی وجود دارد. در روش رمزگذاری دادهها همانطور که در شکل 1 نمایش دادهشدهاست، داده توسط فرستنده به انکدر9 ارسال میشود و عمل رمزگذاری10 در انکدر انجام میشود و کلمه داده تبدیل به کلمه کد میشود. نگاشت بین سمبلها و کلمه کد، کتاب کد نامیده میشود. کلمه کد بر روی گذرگاه انتقال مییابد و به دست گیرنده میرسد و سپس عمل رمزگشایی11 در سمت گیرنده توسط دیکدر12 انجام میشود و کلمه داده حاصل می-شود.
.2 روش Shielding
روشهای shielding که یکی از سادهترین تکنیکها برای از بین بردن تاخیر ناشی از تداخل است، با وارد کردن سیمهای محافظ بین سیمهای کانالها سعی در کاهش ظرفیتهای جفتشدگی دارند اما این روش نیاز به دو برابر کردن تعداد سیمها دارد. بنابراین با 2 برابر کردن تعداد سیمها می تواند تاخیر گذرگاه را تا %50 کاهش دهد اما دارای %97 سربار فضایی است. البته shielding دو نوع فعال1 و غیرفعال2 دارد که سربار فضایی ناشی از نوع غیرفعال آن برای کاهش %75 تاخیر گذرگاه، %200 یا بیشتر میباشد.[5,6,7] راهکارهای رمزگذاری گذرگاه میتواند به همان مقدار راهکار shielding غیرفعال، با سربار فضایی کمتر باعث بهبود در تاخیر گذرگاه شود .
.3 کد هرسنشده حافظهدار
اگر کلمه داده -bبیتی باشد و تمام الگوها برای کلمه کد مجاز باشند، به تعداد 2b کلمه کد -nبیتی برای این کلمه داده وجود دارد. اگر کد حافظهدار باشد، لزوما تمام کلمههای کد در طول زمان ثابت نخواهند بود. کلمه کد میتواند هر داده -nبیتی باشد و روی گذرگاه قرار بگیرد. بیشترین تعداد سمبلها3 برای کلمه کد توسط کلمه کد با کمترین درجه4 محدود میشود. بنابراین اولین گام محاسبه درجه کلمه کد و سپس مشخص کردن کلمه کد با کمترین درجه میباشد.کلمه کد از کلاس1 5، کلمه کدی است که به طور ترتیبی بیتهای 0 و 1 دارد. برای مثال برای کلمه کد -5بیتی 10101 و 01010 را داریم. Dn درجه کلمه کد -nبیتی برای کلاس1 میباشد که در مقادیر آن در جدول زیر آوردهشدهاست .
