Integrating Hardware Descriptive Language with Unified Power Format for Effective Power Management

Abstract

I denne masteroppgaven er integreringen av Hardware Description Language (HDL) med Unified Power Format (UPF) gjort for å utforske designavveininger innen elektronisk design. Denne forskningen tar for seg den økende kompleksiteten og strømbegrensningene i moderne elektroniske kretser, samt legger vekt på det stadig økende behovet for strømeffektive kretser og enheter. Denne oppgaven tar sikte på å utforske effektiv elektronisk design ved å bruke UPF for effektiv strømstyring sammen med tradisjonelle HDL-beskrivelser. Ved å fokusere på en åpen kildekode-tilnærming (open-source), har oppgaven som mål å øke tilgangen til avanserte designverktøy som tidligere kun var tilgjengelige bak kostbare lisenser. Dette kan potensielt drive innovasjon innen ASIC-design i et bredere fellesskap. I evalueringen av designavveininger, tar denne oppgaven sikte på å la designere få tidlig og nyttig tilbakemelding, og dermed tillate utforskning av mange forskjellige løsninger for HDL + UPF design.

Denne masteroppgaven dekker sentrale aspekter innen strømstyring, som ulike energispareteknikker og konsepter. UPF er omfattende diskutert, inkludert dets essensielle elementer. Viktige språk og verktøy som brukes er dekket, som Tool Command Language (Tcl), JSON, samt forskjellige HDL-kompilatorer.

Arbeidet inkluderer utvikling av en UPF-interpreter som letter integreringen av strømstyringsinstruksjoner direkte i et HDL-design. En kostnadsfunksjon er også introdusert for å gi tilbakemelding på designbeslutninger, med fokus på strømforbruk, silisiumarealutnyttelse og kompleksitet i designet. Foreløpige resultater tyder på at denne tilnærmingen kan hjelpe utviklingen av effektive energibevisste design. Fordi dette verktøyet er i sin første iterasjon, vil viktige aspekter ved verktøyet trenge forbedring. Fremtidig arbeid vil fokusere på å forbedre verktøyets evner, inkludert simulering og verifisering, for ytterligere å forbedre effektiviteten og nøyaktigheten til den integrerte designtilnærmingen.

In this master's thesis, the integration of Hardware Description Language (HDL) with Unified Power Format (UPF) is done to explore design trade-offs in electronic design. This research addresses the increasing complexity and power constraints in modern electronic circuits, as well as emphasizes the ever-increasing need for power-efficient circuits and devices. This thesis aims to explore efficient electronic design by using UPF for effective power management alongside traditional HDL descriptions. By focusing on an open-source approach, the thesis aims to increase access to advanced design tools that were previously available only behind costly licenses. This could potentially drive innovation in ASIC design within a broader community. In the evaluation of design trade-off, this thesis aims at allowing designers to receive early and useful feedback, thus allowing the exploration of the solution space for HDL + UPF design.

This master's thesis covers key aspects of power management, like different power-saving techniques and concepts. UPF is comprehensively discussed, including its essential elements. Important languages and tools used are covered, like Tool Command Language (Tcl), JSON, as well as different HDL compilers.

The work includes the development of a UPF interpreter that facilitates the integration of power management instructions directly within an HDL design. A cost function is also introduced to provide feedback on design decisions, focusing on power consumption, silicon area utilization, and complexity in the design. Preliminary results suggest that this approach may help the development of effective power-aware designs. However, with this tool being in its first iteration, key aspects of the tool would need improvement. Future work will focus on enhancing the tool's capabilities, including simulation and verification, to further improve the effectiveness and precision of the integrated design approach.