Promotie L. Xie: logic design

26 februari 2018 15:00 - Locatie: Aula, TU Delft - Door: webredactie

Memristive Device for Logic Design and Computing. Promotor: Prof.dr.ir. S. Hamdioui (EWI).

Memristor is een veelbelovende opkomende technologie vanwege de goede schaalbaarheid, bijna-nul standby-stroomverbruik, hoge integratiedichtheid en compatibiliteit met CMOS-fabricage. Verschillende mogelijke toepassingen op basis van memristor-technologie zijn voorgesteld, zoals niet-vluchtige geheugens, neuromorfe systemen en resistieve computers. Onderzoek naar resistief computergebruik staat echter nog in de kinderschoenenfase. Daarom staat het voor uitdagingen met betrekking tot de ontwikkeling van apparaattechnologie, logisch ontwerp, computerarchitectuur, compiler en toepassingen.

Dit proefschrift richt zich op logisch ontwerp (inclusief primitieve logische poorten, interconnect, circuit en synthesestroming) op basis van memristortechnologieën en nieuwe niet-von Neumann-architectuur.

Primitieve logica-poort - We verkennen eerst de volledige logische poortruimte voor Snider-logica. Vervolgens ontwikkelen we een nieuwe logische ontwerpstijl die scouting-logica wordt genoemd; het voert logische bewerkingen uit door standaard geheugen leesbewerkingen te modificeren. Hoewel verschillende logische ontwerpstijlen zijn ontwikkeld, moeten innovatieve ontwerpstijlen nog worden verkend. Daarnaast analyseren we de robuustheid van logische poorten terwijl we rekening houden met variabele variabiliteit van het apparaat, parasitaire weerstanden en condensatoren van nanodraden, sneak path-stromen en verschillende memristormodellen. Ondanks de bijdrage van dit proefschrift is er meer onderzoek nodig naar het ontwerpen van logische schakelingen die robuust zijn tegen de variabiliteit van het variabelenapparaat.

Verbindingsontwerp - We verkennen en vergelijken drie benaderingen om algemene verbindingsschema's te implementeren; ze gebruiken alleen memristor crossbar, alleen CMOS (d.w.z. metaaldraden en transistoren) en een hybride combinatie van beide. We stellen ook een buscommunicatie-infrastructuur op systeemniveau voor. Daarnaast verkennen we de mogelijkheid om speciale interconnectieschema's te gebruiken om specifieke algebraïsche problemen aan te pakken, zoals matrixtransponering. Het is de moeite waard om op te merken dat er meer inspanningen nodig zijn om de communicatie-infrastructuur automatisch te generaliseren en te optimaliseren.

Circuitontwerp en synthesestroming - We ontwikkelen methodologieën om ASIC's en FPGA's te ontwerpen met behulp van memristor logica ontwerpstijlen. Voor ASIC's verkennen we de plaats-en-routemethoden voor grootschalige circuits en ontwikkelen we een geautomatiseerde ontwerp- en evaluatiestroom. Voor FPGA's ontwikkelen we twee verschillende implementaties op basis van memristor-logica en automatiseren we hun ontwerp- en evaluatiestroom. We zien dat zowel ASIC's als FPGA's op basis van memristor-logica lijden onder de besturingsonderdelen van de CMOS. Een intelligente CMOS-controller is daarom essentieel voor algemene verbeteringen. 

Niet-Von Neumann-architectuur - We verkennen een micro-niet-von Neumann-architectuur, Computation-In-Memory (CIM-architectuur) voor specifieke gegevensintensieve toepassingen. CIM integreert zowel opslag- als verwerkingselementen op dezelfde fysieke locatie met behulp van memristor-technologie; vandaar dat het de toegangstijd tot het geheugen en het energieverbruik aanzienlijk vermindert. De voorlopige resultaten tonen aan dat CIM-architectuur significante verbeteringen verkrijgt (bijv. Energie-vertragingsproduct en computerefficiëntie) ten opzichte van conventionele multi-core architecturen voor specifieke toepassingen (bijv. Parallelle toevoeging, DNA-sequentiebepaling, matrixvermenigvuldiging).

Meer informatie?

Voor inzage in proefschriften van de promovendi kunt u kijken in de TU Delft Repository, de digitale vindplaats van openbare publicaties van de TU Delft. Proefschriften zullen binnen een paar weken na de desbetreffende promotie in de Repository te vinden zijn.