Frank Kagan Gürkaynak: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2021

Auszeichnung: Die Goldene Eule
NameHerr Frank Kagan Gürkaynak
Adresse
Institut für Integrierte Systeme
ETH Zürich, ETZ J 60.1
Gloriastrasse 35
8092 Zürich
SWITZERLAND
Telefon+41 44 632 27 26
E-Mailkgf@ethz.ch
URLhttp://www.iis.ee.ethz.ch/~kgf
DepartementInformationstechnologie und Elektrotechnik
BeziehungDozent

NummerTitelECTSUmfangDozierende
227-0147-00LVLSI II: Design of Very Large Scale Integration Circuits Information 6 KP5GF. K. Gürkaynak, L. Benini
KurzbeschreibungThis second course in our VLSI series is concerned with how to turn digital circuit netlists into safe, testable and manufacturable mask layout, taking into account various parasitic effects. Low-power circuit design is another important topic. Economic aspects and management issues of VLSI projects round off the course.
LernzielKnow how to design digital VLSI circuits that are safe, testable, durable, and make economic sense.
InhaltThe second course begins with a thorough discussion of various technical aspects at the circuit and layout level before moving on to economic issues of VLSI. Topics include:
- The difficulties of finding fabrication defects in large VLSI chips.
- How to make integrated circuit testable (design for test).
- Synchronous clocking disciplines compared, clock skew, clock distribution, input/output timing.
- Synchronization and metastability.
- CMOS transistor-level circuits of gates, flip-flops and random access memories.
- Sinks of energy in CMOS circuits.
- Power estimation and low-power design.
- Current research in low-energy computing.
- Layout parasitics, interconnect delay, static timing analysis.
- Switching currents, ground bounce, IR-drop, power distribution.
- Floorplanning, chip assembly, packaging.
- Layout design at the mask level, physical design verification.
- Electromigration, electrostatic discharge, and latch-up.
- Models of industrial cooperation in microelectronics.
- The caveats of virtual components.
- The cost structures of ASIC development and manufacturing.
- Market requirements, decision criteria, and case studies.
- Yield models.
- Avenues to low-volume fabrication.
- Marketing considerations and case studies.
- Management of VLSI projects.

Exercises are concerned with back-end design (floorplanning, placement, routing, clock and power distribution, layout verification). Industrial CAD tools are being used.
SkriptH. Kaeslin: "Top-Down Digital VLSI Design, from Gate-Level Circuits to CMOS Fabrication", Lecture Notes Vol.2 , 2015.

All written documents in English.
LiteraturH. Kaeslin: "Top-Down Digital VLSI Design, from Architectures to Gate-Level Circuits and FPGAs", Elsevier, 2014, ISBN 9780128007303.
Voraussetzungen / BesonderesHighlight:
Students are offered the opportunity to design a circuit of their own which then gets actually fabricated as a microchip! Students who elect to participate in this program register for a term project at the Integrated Systems Laboratory in parallel to attending the VLSI II course.

Prerequisites:
"VLSI I: from Architectures to Very Large Scale Integration Circuits and FPGAs" or equivalent knowledge.

Further details:
https://vlsi2.ethz.ch
252-0028-00LDigital Design and Computer Architecture Information 7 KP4V + 2UO. Mutlu, F. K. Gürkaynak
KurzbeschreibungDiese Lehrveranstaltung ist eine erste Einführung in das Design digitaler Schaltungen und die Computerarchitektur. Sie deckt die technischen Grundlagen wie eine Computerplattform von Grund auf entworfen wird ab. Sie stellt verschiedene Ausführungsparadigmen, Hardwarebeschreibungssprachen und Prinzipien im digitalen Design und der Computerarchitektur vor.
LernzielDiese Lehrveranstaltung ist eine erste Annäherung an die Computerarchitektur. Die Studenten lernen das Design digitaler Schaltkreise, um:
- die Grundlagen,
- die (Design-)Prinzipien,
- und die Präzedenzfälle (in der Computerarchitektur) zu verstehen.
Auf der Grundlage dieses Verständnisses wird von den Studierenden erwartet, dass sie:
- lernen wie ein moderner Computer intern von Grund auf funktioniert,
- die Kompromisse verschiedener Designs und Ideen bewerten können,
- ein fundiertes Design (eines einfachen Mikroprozessors) implementieren können,
- immer komplexere Systeme systematisch austesten können,
- hoffentlich darauf vorbereitet sind, neuartige Out-of-the-Box-Designs zu entwickeln.
Der Fokus liegt auf Grundlagen, Prinzipien, Präzedenzfällen und deren Verwendung um gute Designs zu erstellen/umzusetzen.
InhaltDie Lehrveranstaltung besteht aus den folgenden Hauptblöcken:
- Aktuelle Hauptthemen der Computerarchitektur: Prinzipien, Mysterien, motivierende Fallstudien und Beispiele.
- Digital Logic Design: Kombinationslogik, sequentielle Logik, Hardwarebeschreibungssprachen, FPGAs, Timing und Verifikation.
- Grundlagen der Computerarchitektur: Von Neumann-Computermodell, Befehlssatzarchitektur, Assembly-Programmierung, Mikroarchitektur, Mikroprogrammierung.
- Grundlagen des Prozessordesigns: Pipelining, Out-of-Order-Ausführung, Verzweigungsvorhersage.
- Verarbeitungs-Paradigmen: Out-of-Order-Ausführung, Datenfluss, superskalare Ausführung, VLIW, SIMD-Prozessoren, GPUs, systolische Arrays, Multithreading.
- Speichersystem: Speicherorganisation, Speichertechnologien, Speicherhierarchie, Caches, virtueller Speicher.
SkriptAlle Unterlagen (inklusive Vorlesungsfolien) werden auf der Website der Lehrveranstaltung zur Verfügung gestellt: http://safari.ethz.ch/digitaltechnik/
Die Videoaufzeichnung der Vorlesung wird voraussichtlich bereitgestellt. Es kann dabei zu Verzögerungen kommen.
LiteraturDie offiziellen Lehrbücher dieser Lehrveranstaltung sind “Introduction to Computing Systems” von Patt und Patel, und “Digital Design and Computer Architecture” von Harris und Harris.
Da dieser Kurs auf dem neuesten Stand ist, gibt es kein Lehrbuch das alle Themen abdeckt. Deswegen werden wir die Pflichtlektüre und die empfohlene Literatur für jede Vorlesung bereitstellen. Diese besteht hauptsächlich aus zwei Lehrbüchern und wichtigen Artikeln, die für das Verständnis aktueller Computerarchitekturen essentiell sind.