目 錄
第1章 引言 1
1.1 異步電路概述 2
1.2 異步電路的優(yōu)點(diǎn) 7
1.3 異步電路應(yīng)用概述 9
參考文獻(xiàn) 10
第2章 面向動(dòng)態(tài)電壓縮放的異步電路 11
2.1 簡介 11
2.2 塊級(jí)異步電路 14
2.2.1 準(zhǔn)延遲非敏感(QDI)亞閾值自適應(yīng)VDD縮放(SSAVS) 14
2.2.2 偽準(zhǔn)延遲非敏感亞閾值自適應(yīng)VDD縮放 22
2.3 門級(jí)異步電路 26
2.3.1 靈敏放大器型半緩沖器(SAHB) 26
2.3.2 設(shè)計(jì)實(shí)例：包含SAHB的64位Kogge-Stone(KS)加法器 28
2.4 結(jié)論 31
參考文獻(xiàn) 31
第3章 異步電路的功耗-性能配平 35
3.1 異步設(shè)計(jì)的流水線化 35
3.1.1 流水線配平 35
3.1.2 流水線的依賴性 36
3.2 并行架構(gòu)及其控制方案 38
3.2.1 適用于同構(gòu)平臺(tái)的DVS 39
3.2.2 流水線延遲和吞吐量檢測(cè) 39
3.2.3 流水線滿度和電壓映射 40
3.2.4 負(fù)載預(yù)測(cè) 40
3.2.5 電路的制造與測(cè)量 41
3.3 功耗-性能配平的先進(jìn)方法 42
3.3.1 加入核禁用的同構(gòu)平臺(tái) 43
3.3.2 異構(gòu)平臺(tái)的架構(gòu) 47
3.4 結(jié)論 49
參考文獻(xiàn) 51
第4章 面向超低電壓的異步電路 52
4.1 簡介 52
4.1.1 亞閾值操作和FDSOI工藝 52
4.1.2 歸零邏輯和多閾值歸零邏輯 53
4.2 異步與同步的設(shè)計(jì) 54
4.2.1 同步和異步(NCL)環(huán)形振蕩器 54
4.2.2 同步FIR濾波器 54
4.2.3 異步(MTNCL)FIR濾波器 55
4.2.4 MTNCL異步同構(gòu)并行數(shù)據(jù)處理平臺(tái) 56
4.3 物理測(cè)試方法 57
4.4 物理測(cè)試結(jié)果 58
4.4.1 同步設(shè)計(jì) 58
4.4.2 異步設(shè)計(jì) 60
4.5 結(jié)論 64
參考文獻(xiàn) 65
第5章 用于銜接模擬電子器件的異步電路 67
5.1 環(huán)形振蕩器 67
5.2 應(yīng)用實(shí)例 69
5.2.1 基于全雙工RS-485鏈路的異步串/并轉(zhuǎn)換器 69
5.2.2 全異步逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 71
5.3 結(jié)論 78
參考文獻(xiàn) 79
第6章 異步傳感 80
6.1 圖像傳感器 80
6.1.1 有幀傳感器和無幀傳感器的對(duì)比 81
6.1.2 傳統(tǒng)(同步)傳感器 81
6.1.3 異步脈沖像素傳感器 83
6.1.4 異步對(duì)數(shù)傳感器 86
6.2 傳感處理器 87
6.2.1 SNAP：傳感器網(wǎng)絡(luò)異步處理器 87
6.2.2 BitSNAP：位級(jí)傳感器網(wǎng)絡(luò)異步處理器 88
6.3 信號(hào)處理 88
6.3.1 連續(xù)時(shí)間DSP 89
6.3.2 異步模數(shù)轉(zhuǎn)換器 89
6.3.3 一種同步-異步混合FIR濾波器 90
6.4 結(jié)論 90
參考文獻(xiàn) 91
第7章 高速異步電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試 93
7.1 自定時(shí)電路能跑多快 93
7.1.1 邏輯門延遲 94
7.1.2 邏輯門環(huán) 95
7.1.3 脈沖信號(hào)的放大 98
7.1.4 邏輯勢(shì)理論，即如何設(shè)計(jì)高速電路 101
7.1.5 7.1節(jié)的概要總結(jié) 103
7.2 鏈條-鏈節(jié)模型 103
7.2.1 通信和計(jì)算 104
7.2.2 初始化和測(cè)試 107
7.2.3 7.2節(jié)的概要總結(jié) 112
7.3 Weaver芯片：8 × 8交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò) 113
7.3.1 Weaver芯片的架構(gòu)和布局規(guī)劃 113
7.3.2 Weaver電路 119
7.3.3 測(cè)試工作 130
7.3.4 借助低速掃描鏈來測(cè)試高速性能的方法 137
7.3.5 性能指標(biāo) 137
7.3.6 7.3節(jié)的概要總結(jié) 143
參考文獻(xiàn) 144
第8章 面向多核架構(gòu)資源有效性的異步片上網(wǎng)絡(luò) 146
8.1 異步NoC的基礎(chǔ) 147
8.1.1 同頻異相架構(gòu) 148
8.1.2 準(zhǔn)同步架構(gòu) 148
8.1.3 異時(shí)架構(gòu) 149
8.1.4 異步架構(gòu) 149
8.2 采用GALS擴(kuò)展嵌入式多處理器 149
8.2.1 基于GALS的NoC架構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀 150
8.2.2 CoreVA-MPSoC架構(gòu) 151
8.2.3 同頻異相路由節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn) 152
8.2.4 異步路由節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn) 155
8.2.5 各種GALS設(shè)計(jì)空間的探索 160
8.3 結(jié)論 165
參考文獻(xiàn) 165
第9章 異步現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA) 169
9.1 為什么需要異步FPGA 169
9.1.1 同步邏輯到標(biāo)準(zhǔn)FPGA的映射方法 170
9.1.2 異步邏輯到標(biāo)準(zhǔn)FPGA的映射方法 171
9.2 門級(jí)的異步FPGA 172
9.2.1 對(duì)同步/異步邏輯的支持 172
9.2.2 對(duì)純異步邏輯的支持 173
9.2.3 對(duì)異步模板的支持 174
9.3 數(shù)據(jù)流型異步FPGA 176
9.4 結(jié)論 178
參考文獻(xiàn) 179
第10章 面向極端溫度的異步電路 181
10.1 極端環(huán)境下的數(shù)字電路 181
10.2 高溫環(huán)境下的異步電路 183
10.2.1 高溫NCL電路方案概述 183
10.2.2 高溫NCL電路的效果 185
10.3 低溫NCL電路方案 187
10.3.1 低溫NCL電路方案概述 188
10.3.2 低溫NCL電路的效果 189
10.4 結(jié)論 192
參考文獻(xiàn) 192
第11章 抗輻照異步電路 193
11.1 緩解SEE的異步架構(gòu) 193
11.1.1 基于NCL的抗多比特SEU和支持SEL時(shí)數(shù)據(jù)保持的架構(gòu) 195
11.2 抗輻照異步NCL庫和部件設(shè)計(jì) 196
11.3 抗輻照分析 199
參考文獻(xiàn) 202
第12章 緩解側(cè)信道攻擊的雙軌異步邏輯設(shè)計(jì)方法 204
12.1 簡介 204
12.1.1 側(cè)信道攻擊(SCA) 204
12.1.2 SCA的雙軌邏輯解決方案 205
12.2 NCL抗SCA的能力和弱點(diǎn) 206
12.2.1 NCL的功耗平衡 206
12.2.2 非平衡NCL組合邏輯 207
12.2.3 NCL上的SCA 207
12.3 雙間隔子雙軌延遲非敏感邏輯(D3L) 208
12.3.1 全1間隔子 208
12.3.2 雙間隔子方案下的NCL寄存器 209
12.3.3 側(cè)信道攻擊時(shí)D3L的彈性 212
12.4 多閾值雙間隔子雙軌延遲非敏感邏輯(MTD3L) 213
12.4.1 第一種MTD3L 213
12.4.2 新型MTD3L設(shè)計(jì)方法 214
12.5 測(cè)試結(jié)果 221
12.6 結(jié)論 222
參考文獻(xiàn) 223
第13章 面向定時(shí)單通量量子電路的異步時(shí)鐘分布網(wǎng)絡(luò) 225
13.1 簡介 225
13.1.1 為什么討論超導(dǎo) 225
13.1.2 定時(shí)是挑戰(zhàn) 226
13.1.3 異步時(shí)鐘分布網(wǎng)絡(luò) 226
13.1.4 本章概述 226
13.2 背景知識(shí) 227
13.2.1 SFQ工藝 227
13.2.2 定時(shí)的基礎(chǔ) 229
13.2.3 SFQ中的時(shí)鐘 231
13.3 異步時(shí)鐘分布網(wǎng)絡(luò) 232
13.3.1 MG理論 232
13.3.2 ACDN理論 233
13.4 同構(gòu)三葉草形時(shí)鐘的層級(jí)鏈 234
13.4.1 層級(jí)鏈 235
13.4.2 底層 236
13.4.3 頂層環(huán)路 237
13.4.4 (HC)2LC理論 237
13.4.5 周期和時(shí)鐘偏移 239
13.4.6 與傳統(tǒng)CDN的比較 240
13.5 結(jié)論 242
參考文獻(xiàn) 243
第14章 歸零邏輯的融合平臺(tái)：NCL設(shè)計(jì)工具 247
14.1 簡介 247
14.2 詳細(xì)流程 249
14.2.1 單軌網(wǎng)表的RTL刻畫 249
14.2.2 單軌網(wǎng)表轉(zhuǎn)雙軌網(wǎng)表 249
14.2.3 ack網(wǎng)絡(luò)生成 250
14.2.4 線網(wǎng)緩沖、鎖存平衡(可選步驟) 250
14.2.5 寬松化、ack檢查、元件融合和周期時(shí)間報(bào)告 251
14.3 實(shí)例——16位GCD電路 251
14.3.1 同步實(shí)現(xiàn) 252
14.3.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的NCL實(shí)現(xiàn) 252
14.3.3 控制驅(qū)動(dòng)的NCL實(shí)現(xiàn) 256
14.4 結(jié)論 258
參考文獻(xiàn) 258
第15章 NCL電路的形式化驗(yàn)證 260
15.1 方法概述 260
15.2 與驗(yàn)證異步方案相關(guān)的工作 261
15.3 NCL組合電路的等價(jià)性驗(yàn)證 262
15.3.1 功能性等價(jià)檢測(cè) 263
15.3.2 不變性檢測(cè) 265
15.3.3 握手機(jī)制檢測(cè) 268
15.3.4 輸入完備性檢測(cè) 270
15.3.5 可觀測(cè)性檢測(cè) 274
15.4 NCL時(shí)序電路的等價(jià)性驗(yàn)證 278
15.4.1 安全性 281
15.4.2 活性 282
15.4.3 NCL時(shí)序電路的驗(yàn)證結(jié)果 283
15.5 結(jié)論和展望 285
參考文獻(xiàn) 285
第16章 總結(jié) 287