ハードウエア基礎 / Hardware Fundamentals

単位数: 2. 担当教員: 羽生 貴弘, ＷＡＩＤＹＡＳＯＯＲＩＹＡ ＨＡ, 張山 昌論. 開講年度: 2024. 開講言語: 日本語.

授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html
（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

集積回路技術とプロセッサアーキテクチャ，さらに知能処理が融合された知能集積システムの基礎を講述する．講義内容は，知能集積システムの意義，高性能化と低消費電力化を指向したVLSIプロセッサのハイレベルシンセシス，CMOS集積回路の高性能化と低消費電力化，リコンフィギャラブルＶＬＳＩ，配線に起因する性能劣化を低減させる高性能VLSIの回路技術，電源配線及びクロック分配に関わる実装技術，システムLSIの統合設計技術などである．

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

Fundamentals of intelligent integrated systems such as integrated circuits technology, VLSI processor architecture and intelligent VLSI computation are presented in the lecture. The contents include: introduction to intelligent integrated systems, high-level synthesis of high-speed low-power VLSI processors, characteristics of a short-channel MOS transistor, low-power CMOS VLSI architecture, reconfigurable VLSI, circuit implementation technology for high-performance VLSI processors related to timing closure, signal integrity, power integrity and clock generation/distribution, VLSI design CAD, and design for testability.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

特に注意事項はない．

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

None.

授業計画

この科目は、動画視聴とスライド資料を用いて行います．講義情報は Google Classroom に 掲載されます．

１．知能集積システムの概要----知能を集積回路に組込む----
２．高性能VLSIプロセッサのハイレベルシンセシス
　２．１　並列構造の分類（パイプライン処理と空間並列処理）
　２．２　データ依存グラフ
　２．３　スケジューリング
　２．４　アロケーション
　２．５　高性能化、小型化及び低消費電力化のための構成理論
３．CMOS集積回路
　３．１　クロック同期回路
　３．２　MOSトランジスタの特性
　３．３　CMOS論理回路
　３．４　CMOS論理回路の高性能化・低消費電力化
４．FPGAとその応用
　４．１　FPGAの必要性
　４．２　FPGAの基本構成
　４．３　ダイナミックリコンフィギャラブルデバイスの動作原理と利点
５．高性能VLSIプロセッサの回路技術と配線問題
　５．１　タイミングクロージャ
　５．２　シグナルインテグリティ
　５．３　パワーインテグリティ
　５．４　クロック発生回路と分配技術
　５．５　その他の実装技術
６．知能集積システムの統合設計技術
　６．１　設計記述言語とVerilog-HDL
　６．２　システムLSI
　６．３　VLSIのテスト

授業計画(Ｅ）

In this subject, you will watch videos and use slide materials. Class information will be posted on Google Classroom.

1 Outline of intelligent integrated systems-- VLSI chip with built-in intelligence --
2 Fundamental on high-level synthesis of high-performance VLSI processors　
3 Scheduling
4 Allocation
5 Synthesis example for high-performance, low-power VLSI processors
6 Characteristic of a MOS transistor　　
7　Analysis and evaluation of speed and power dissipation of CMOS VLSI
8 Advanced Low-power VLSI architecture
9 FPGA and its applications
10 Dynamically reconfigurable VLSI
11 Circuit technology of high-performance VLSI processors and an interconnection problem
12 Circuit technology for signal integrity
13 Circuit technology for power integrity
14 VLSI CAD and Verilog-HDL　　
15 Design for testability

授業時間外学習

教科書に記載の基礎事項を予習，復習すること．また，教科書章末の演習問題の一部などをレポート課題とするので，回答の上，提出すること．

授業時間外学習（Ｅ）

Preparation and reviewing of the fundamentals described in the textbook are requested for each class. In addition, some of the problems at the end of each chapter in the textbook are requested to solve and hand in as assignments.

成績評価方法及び基準

成績は期末試験やレポートの結果により評価を行う．

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Grades are evaluated based on the results of the final examination and/or lecture reports.

教科書および参考書

• Digital Integrated Circuits--A Design Perspective, J. M. Rabaey, A. Chandrakasan and B. Nikolic, Prentice Hall (2003) ISBN/ISSN: 9780130909961 資料種別:参考書
• Modern VLSI Design: System-on-Chip Design, Wayne Wolf, Prentice Hall (1994) ISBN/ISSN: 9780137145003 資料種別:参考書
• High-Level Synthesis: Introduction to Chip and System Design, D. Gajski, A. Wu, N. Dutt and S. Lin, Kluwer Academic Publishers (1992) ISBN/ISSN: 9780792391944 資料種別:参考書
• LSI設計の基礎技術, 桜井至, テクノプレス (1999) ISBN/ISSN: 4924998338 資料種別:参考書
• Deep-Submicron CMOS ICs, From Basics to ASICs,, H. Veendrick, Kluwer Bedrifs Informatie (1998) ISBN/ISSN: 9044001116 資料種別:参考書
• Operation and Modeling of The MOS Transistor, Y. Tsividis, WCB McGraw-Hill, 2nd Ed. (1999) ISBN/ISSN: 9780195170153 資料種別:参考書
• Design of High-Performance Microprocessor Circuits, A. Chandrakasan, W. J. Bowhill and F. Fox, IEEE Press (2001) ISBN/ISSN: 078036001X 資料種別:参考書
• Low-Power Digital VLSI Design-Circuits and Systems, A. Bellaouar and M. I. Elmasry, Kluwer Academic Publishers (1995) ISBN/ISSN: 0792395875 資料種別:参考書
• FPGAの構成と原理, 天野英晴, オーム社 (2016) ISBN/ISSN: 9784274218644 資料種別:参考書
• Microelectronic Circuits, A. S. Sedra and K. C. Smith, Oxford, 7th Ed. (2014) ISBN/ISSN: 9780199339136 資料種別:参考書

オフィスアワー

月曜日16：00～18：00 羽生：電気通信研究所本館４階467号室　羽生教授室．
月曜日16：00～18：00 張山：電子情報システム・応物系3号館307　張山研究室．

オフィスアワー（Ｅ）

Monday 16:00-18:00
［Contact to Hanyu］ Main building 4th floor Room 467, Research Institute of Electrical Communication.
［Contact to Hariyama］ Department of Electronic Information Systems 3-307.