40纳米工艺双模转置存储器的设计

发布时间：2017-06-04 11:03

  本文关键词：40纳米工艺双模转置存储器的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：矩阵转置运算广泛应用于科学计算领域,离散傅里叶变换等科学计算,图像、视频应用中的滑窗类算法都需要使用大量的矩阵转置操作。矩阵转置操作效率在较大程度上决定了这些科学计算和图形图像应用程序的性能。根据FT-XXX军用高性能定点、浮点DSP芯片中DMA针对大量矩阵转置操作的需求,需要设计能支持高效率转置操作的存储器。本课题基于FT-XXX数字信号处理器的设计要求,完成了一款基于40纳米CMOS工艺双模转置存储器的设计与实现,主要研究了以下几个方面的内容。首先,为了达到高性能、低功耗及较小面积的设计目标,本文采用全定制的方法完成了基于40nm工艺、具有两个端口(1读/1写)的16×16位双模转置存储器的设计。版图后模拟验证表明,该款转置存储器功能正确,在典型工作条件下,工作频率达到了1GHz,输出延时为290ps,功耗为1.17m W,版图面积为33×30μm2,达到了设计目标。其次,在16×16位双模转置存储器的基础上完成了1024位双模转置存储器的电路设计及物理实现。采用层次化设计方法完成了1024位双模转置存储器的电路设计,同时采用Formality等价性验证工具将其与RTL级的源代码进行比较,验证了功能的正确性。之后完成了1024位宽双模转置存储器的手动布局与自动布线。测试结果表明:其绝对延时为0.293ns,面积为512×120μm2,达到了设计目标。最后,设计并实现了高覆盖率的双模转置存储器的内建自测试。本文通过深入研究双模转置存储器的MBIST设计结构、测试方法,编写出了一套相应的测试激励,同时分析了双模转置存储器的固定1和固定0故障检测方法,最后将双模转置存储器电路等效替换,测得其故障覆盖率为91.40%。
【关键词】：40纳米工艺 矩阵转置 SRAM 全定制 MBIST
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 相关研究12-14
• 1.2.1 存储器研究现状12-13
• 1.2.2 转置存储器研究现状13
• 1.2.3 SRAM设计验证方法研究13-14
• 1.2.4 存储器内建自测试（MBIST）相关研究14
• 1.3 课题研究目标与研究内容14-15
• 1.4 本文组织结构15-17
• 第二章 16位宽双模转置存储器的设计17-42
• 2.1 功能需求分析17-22
• 2.2 体系结构设计22-23
• 2.3 关键电路设计23-32
• 2.3.1 译码电路24-26
• 2.3.2 存储单元26-30
• 2.3.3 数据读写通路30-32
• 2.4 版图设计32-34
• 2.5 功能验证34-39
• 2.6 性能分析与对比39-41
• 2.6.1 漏电流分析与对比39-41
• 2.6.2 性能参数对比41
• 2.7 本章小结41-42
• 第三章 1024位宽双模转置存储器的设计42-52
• 3.1 电路设计与验证42-46
• 3.1.1 层次化电路设计42-43
• 3.1.2 形式化功能验证43-46
• 3.2 物理设计46-49
• 3.2.1 布局规划46-47
• 3.2.2 电源地规划47-48
• 3.2.3 手动布局与自动布线48-49
• 3.3 时序优化与性能分析49-50
• 3.3.1 时序优化49-50
• 3.3.2 性能比较与分析50
• 3.4 双模转置存储器在DMA中的应用50-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 双模转置存储器的内建自测试设计52-70
• 4.1 MBIST总体设计52-57
• 4.1.1 总体设计结构52-55
• 4.1.2 测试方法55-57
• 4.2 固定故障检测57-62
• 4.2.1 固定1故障检测58-60
• 4.2.2 固定0故障检测60-62
• 4.3 故障覆盖率评估62-69
• 4.3.1 电路等效替换62-68
• 4.3.2 故障覆盖率分析与评估68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 结束语70-72
• 5.1 本文工作总结70-71
• 5.2 未来研究展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 作者在学期间取得的学术成果76

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