Técnicas de bajo consumo en FPGAs

Abstract

Todo diseño electrónico tiene tres restricciones principales que son área, velocidad y consumo. De las tres, el consumo es la variable más complicada de manejar para un diseñador: tiene incertidumbres, es difícil de estimar, y depende de varios parámetros, algunos tan dispares como el funcionamiento del sistema o los datos que ingresan al mismo. Pero por otro lado el consumo se está volviendo la restricción más importante para un gran número de aplicaciones. En esta tesis se presentan una serie de herramientas y metodologías para poder manejar adecuadamente la variable consumo en FPGAs. Se trabaja con un enfoque fuertemente experimental y desde el punto de vista de un usuario de este tipo de dispositivos, validando los resultados con más de 350 experimentos. Uno de los aportes de esta tesis, es una metodología completa de medición de consumo para FPGAs, que permite la calibración de herramientas de estimación. Como parte de esta metodología se incluyen los circuitos eléctricos necesarios para realizar las medidas y un conjunto de diseños o benchmarks para realizar pruebas incluyendo generadores de vectores de entradas. Se desarrolla además una herramienta específica de automedida de consumo para FPGAs. La misma tiene varias aplicaciones que permitirán ampliar y mejorar los experimentos de bajo consumo en futuras investigaciones, usando recursos muy sencillos y de muy bajo costo. Se presentan una serie de experimentos con varias técnicas de reducción de consumo en FPGAs, y se cuantifican los resultados obtenidos con cada una de ellas. Finalmente se concluye con un caso de estudio, la reducción de consumo de un circuito en particular: el microcontrolador openMSP430.