Sistem Digital pada VLSI Fabrikasi Integrated Circuit (IC)

VLSI sebagai Digital System

Very-large-scale-integration (VLSI) merupakan sebuah proses pembuatan sebuah Integrated Circuit (IC) dengan mengkombinasikan ribuan transistor ke dalam satu chip tunggal. VLSI mulai dikembangkan sejak dekade 1970-an saat semikonduktor kompleks dan teknologi komunikasi juga dikembangkan pada saat yang sama, dimana mikroprosesor itu sendiri merupakan perangkat VLSI. Sebelum adanya teknologi VLSI, kebanyakan IC memiliki fungsi yang terbatas. Sebuah Sirkuit elektronik biasanya terdiri dari CPU, ROM, RAM , VLSI membuat perancang IC bisa menggabungkan semuanya dalam satu Chip. Industri elektronik sendiri telah tumbuh sangat cepat dalam dekade belakanagan ini, utamanya dikarenakan perkembangan yang cepat  pada teknik integrasi dan perancangan sistem berskala besar. Dengan berkembangnya teknologi VLSI, jumlah dari aplikasi IC pada komputasi, kontrol, telekomunikasi, pemrosesan video dan gamabar hingga elektronik konsumen berperforma tinggi meningkat pada laju yang cepat. Teknologi cutting-edge belakangan ini seperti video dengan resolusi yang tinggi dan bit-rate yang rendah, dan komunikasi seluler memberikan pengguna akkhir sejumlah besar aplikasi, kemampuan pemrosesan, dan protabilitas,. Tren ini akan terus berlanjut dengan implkasi penting pada desain VLSI dan sistem.

Aliran Desain VLSI

Aliran Desain sirkuit IC VLSI bisa dilihat pada gambar dibawah ini, dimana berbagai tingkatan dari desain diberi nomor dan blok menunjukkan proses dalam aliran desain. Spesifikasi muncul pertama kali, yang mendeskripsikan secara abstrak fungsionalitas, interface, dan arsitektur dari sirkuit IC digital yang akan dirancang.

Selanjutnya deskripsi perilaku dibuat untuk menganalisa desain fungsionalitas, performa, kepatuhan pada standar, dan spesifikasi lainnya.  Deskripsi pada Register Transfer Level (RTL) dilakukan menggunakan Hardware Description Language (HDL). Deskripsi RTL ini disimulasikan untuk menguji fungsionalitas, dan dari sini selanjutnya akan membutuhkan bantuan Electronic Design Automation (EDA). Kemudian deskripsi RTL akan dikonversikan menjadi gate-level netlist menggunakan perangkat sintesis logika. GAte-level netlist sendiri merupakan deskripsi dari sirkuit dimana terdapat didalamnya gerbang-gerbang dan koneksi-koneksi diantara mereka yang dibuat dalam cara tertentu akan bertemu pada waktu, daya, dan spesifikasi area yang tepat. Hingga ada akhirnya, tampilan fisik dibuat dimana akan diverifikasi dan dikirimkan ke fabrikasi.

Y-Chart

Gajski-Kuhn Y-Chart adalah sebuah model yang menangkap konsiderasi saat menrancang perangkat semikonduktor. Tiga domain pada Y-Chart Gajski Kuhn ada pada poros aksial. Setiap domain bisa dibagi menjadi tiga tingkatan abstraksi menggunakan lingkaran konsentris. Pada level teratas (lingkat terluar), kita mempertimbangkan arsitektur dari chip, pada levek bahwa (lingkaran dalam) kita kemudian menyempurnakan desain menjadi implementasi yang lebih rinci. Menciptakan deskripsi struktural dari sebuah perilaku bisa didapat melalui proses sintesis tingkat tinggi dari  sintesa logika. Menciptakan deskripsi fisik dari bentuk struktural didapat melalui sintesis layout.

Struktur Hierarki Desain

Hierarki desain mencakup apa yang disebut dengan prinsip “Divide and Conquer” yaitu mebagi banyak tugas menjadi tugas-tugas yang lebih kecil hingga mencapai level yang paling sederhana. Proses ini paling tepat karena desain evolusi yang terakhir adalah yang paling sederhana sehingga proses manufaktur menjadi lebih mudah. Kita bisa merncang tugas-tugas (tasks) ke dalam domain aliran desain proses (Behavioural, Struktural, dan Geometris). Untuk memahami hal tersebut bisa dilihat proses perancangan 16-bit adder pada gambar dibawah ini :

Pada gambar diatas, chip 16-bit adder dibagi menjadi empat modul dari 4-bit adder, alu dibagi lagi menjadi 1-bit adder dan setengah adder. 1 bit additon adalah proses desain yang paling sederhana dan sirukit internalnya juga lebih mudah untuk difabrikasi pada chip. AKhirnya kita bisa menambhkan empat adder dengan mengkoneksikannya kita bisa mendesain 4-bit adder dan bergerak menuju 16-bit adder.

Source :

1. VLSI Design Tutorials (2015) Tutorials point (I) Pvt. Ltd