ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ (МЭС)

Создание эффективных ускорителей нейронных сетей на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) задает новые требования к компиляторам, работающим с ПЛИС. Ускорители нейронных сетей состоят из очень большого числа идентичных схем. Примером таких схем являются умножители малой точности. Именно поэтому, для того чтобы получить максимальную производительность необходимо строить эти небольшие схемы оптимальным образом. В данном случае оптимальность подразумевается с точки зрения размера синтезируемой схемы и ее задержки. Точный синтез, основанный на задаче ВЫПОЛНИМОСТЬ (англ. satisfiability, SAT) - известная и эффективная техника для построения оптимальных схем для функций алгебры логики с маленьким числом входов. В данной работе был применен метод точного синтеза к адаптивным логическим модулям (АЛМ) современных ПЛИС корпорации Intel. Для этого был разработан программный комплекс на базе SAT-решателя, который строит оптимальные схемы на основе АЛМ блоков архитектуры Stratix10 и Agilex. Применяя данный программный комплекс для синтеза оптимальных схем умножителей небольшой размерности, было показано, что новые схемы на 10-50% эффективнее с точки зрения размера по сравнению со схемами построенными Quartus Complier. Кроме того, в некоторых случаях удалось получить схемы, которые имеют меньшее значение задержки. В заключение отметим, что, насколько нам известно, в данной работе впервые методы точного синтеза были применены к архитектурам современных коммерческих ПЛИС.

В настоящее время большое внимание исследователей привлекает разработка неохлаждаемых ИК матричных микроболометров на базе КНИ структур, что обусловлено их высоким быстродействием и температурной чувствительностью по сравнению с другими болометрическими и термопарными сенсорными элементами, работающими в ИК спектре длин волн. Важным параметром таких КНИ микроболометров является полезная площадь диэлектрической (SiO2) мембраны, поглощающей ИК излучение, и ее хорошая тепловая изоляция, что требует технологического подбора режимов травления жертвенного слоя (Si) через матрицу сквозных отверстий (окон) в SiO2 мембране. В работе проведено TCAD моделирование газофазного травления жертвенного Si слоя с учётом его толщины и размера окон. Показано, что уменьшение размера окон от 120 до 80 мкм2 приводит к снижению в 2 раза времени травления (от 480 до 240 секунд) и обеспечивает эффективное увеличение полезной поверхности чувствительного элемента микроболометра, которая разогревается от ИК излучения. Полученные результаты могут быть полезны в процессе отработки технологических операций изготовления ИК микроболометрических матриц на КНИ подложках.

Решение задачи оптимизации схемы получено на основе комбинации генетического алгоритма (ГА) и идеи обобщенной оптимизации, разработанной ранее для детерминированного случая. Показано, что такая модификация ГА позволяет преодолеть преждевременную сходимость к локальным минимумам и на несколько порядков повысить точность минимизации. В этом случае ГА формирует множество популяций, определяемых фитнес-функцией, заданной по-разному, в зависимости от стратегии, выбранной в рамках идеи обобщенной оптимизации. Способ задания фитнес-функций, а также длина и структура хромосом определяются искусственно введенным управляющим вектором в рамках обобщенной оптимизации. Этот вектор определяет количество независимых переменных задачи оптимизации и метод вычисления фитнесфункции. Он позволяет строить составные стратегии, значительно повышающие точность получаемого решения. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить количество генераций, необходимых при работе ГА, и минимизировать процессорное время на решение задачи оптимизации схемы.