How Real Processors Are Made

• 어떻게 진짜 CPU를 만드는 것인가?

  • 실제 우리가 봤던 회로들은 blueprint임 → 이것을 실제 cpu에 어떻게 적용시킬 수 있을까?

• Hardware Description Language (HDL)

  • 일반 프로그래밍 언어는 절차지향적임 (명령어의 순서에 맞게 실행됨)

  • 하지만 HDL은 순서가 없이 동시에 실행된다.

  • Verilog (VHDL이라는 다른 언어도 있다.)

    • 예시(둘이 같다면 counter+1하는 코드를 짠 것임)
      • 밑에 clk은 posedge = positive edge 즉 clock신호가 올라갈때)

    

• Synthesis 합성 : HDL로 작성된 코드가 logic gates나 flip flop등과 같은 디지털 회로 요소로 변화하여 실제 하드웨어에 구현되는 과정

  

  • 합성 후 나온 결과를 Netlist라고 함(오른쪽에 있는 txt를 얘기하는 듯)

  

  • Netlist를 바탕으로 standard cells들을 Placement한다.

  

  • 너무 먼 것끼리 연결되는 것은 cost가 많이 들기에 최대한 명령어를 참고하여 옆에 있는 cell로 이동할 수 있도록 cell을 배치(placement)시킴 → routing
  • Routing : 데이터를 보낼때 최적의 경로를 선택하는 것

  

  • CAD, EDA 같은 것들이 routing시켜줌
    • 교차하면 level(높이)를 다르게하여 연결해줌

• Semiconductor Design and Manufacturing 반도체 제조과정

• HDL → Netlist → Placement → Routing → layout → Chip manufacture 이 과정을 통해 반도체 생산

  • HDL → Netlist → Placement → Routing 까지 이 단계를 pre-silicon-verification 이라고 부름
    • 이 단계에서는 오류가 발생했을 경우 HDL로 돌아가서 수정하면 됨
    • 하지만 이 단계에서는 오류를 잡아내기가 어렵다(최종결과를 시뮬레이션, 에뮬레이션밖에 못 돌리기에) → logic simulation과 FPGA Emulation을 통해 오류 잡아내기
  • layout → Chip manufacture 까지 이 단계를 post-silicon-verification 이라고 부름
    • 이 단계에서는 오류가 발생했을 때 수정하는 것이 힘듦**(하드웨어 - error수정 어렵다)**
    • verification 과 validation거쳤는데도 이 단계에서 문제가 생긴다면 pre로 돌아가서 수정

• Verfication / Validation

  • 이것은 중요하다. 검증하고 오류가 없는지 잡아내어 디자인을 견고화시킨다.
  • Logic simulation
    • 실제 회로에서 1초에 100MHz 걸리는 것을 로직 시뮬레이션은 100Hz밖에 못함
      • 성능이 1million차이임 말도 안되게 크다! 시뮬레이터로는 시간이 너무 오래걸린다.
  • FPGA Emulation
    • Look Up Table(LUT)를 만들어서 들어오는 입력값을 바로바로 처리할 수 있도록 만든 programmable Hardware 솔루션
      • logic simulation보다 빠르다.
      • 실제 실리콘과 FPGA는 10배 차이가 난다. 로직보다 훨씬 많이 성능을 끌어올림

  

• ALU in Verilog

• add, and, or, xor, 비교, sign끼리 비교 등등의 연산이 ALU 모델에 구현되어 있다.