Gestione della complessità hardware nella metodologia di progettazione ad alto livello di sistemi multicore

In recent decades, the development of electronic systems design technology, supported by Electronic Design Automation (EDA), has allowed the creation of electronic systems with increasing complexity and performance. Moreover, in recent years it is possible to integrate a complex electronic system, equivalent to millions of transistors, into a single silicon chip: System-on-a-Chip (SoC). The design of a complex SoC can’t be managed by traditional design methods but requires system-level efficient modeling methodologies and high-level synthesis tools (High Level Synthesis - HLS) that generate an optimized RTL architecture from high-level functional specifications. The latest versions of HLS tools have made significant advances that make it possible to consider including the HLS methodology in the design flow. The use of HLS allows the management of complex systems, while ensuring high performance, leading to the increase in productivity. The research presents complex projects as case studies for both modeling and high-level synthesis, including comparison of HLS solutions with respect to design using traditional methodology. Several solutions have implemented with increasing degrees of complexity, to verify the limits of the system-level design methodology. Finally, a functioning system has been implemented on FPGA which provides for the integration of components designed using different methods. Part of the research was carried out in collaboration with Korg Italy, based in Osimo (AN), which provided know-how and advice regarding the field of application of digital synthesis of musical signals.

Negli ultimi decenni, lo sviluppo della tecnologia di progettazione dei sistemi elettronici, affiancata dall'Electronic Design Automation (EDA), ha permesso la realizzazione di sistemi elettronici con complessità e performance crescenti. Inoltre, in questi ultimi anni è possibile integrare un sistema elettronico complesso, equivalente a milioni di transistor, in un singolo chip di silicio: System-on-a-Chip (SoC). Il design di un SoC complesso non può essere gestito tramite i metodi tradizionali di progettazione ma necessita di metodologie di modellazione efficienti a livello di sistema e tool di sintesi ad alto livello (High Level Synthesis - HLS) affidabili, che generano un’architettura RTL ottimizzata a partire da specifiche funzionali ad alto livello. Le ultime versioni di strumenti HLS hanno compiuto progressi significativi tali da poter pensare di inserire la metodologia HLS nel flusso di progettazione. L’utilizzo di HLS permette di gestire sistemi complessi, pur garantendo alte performance, portando al complessivo aumento di produttività. La ricerca proposta presenta progetti complessi come casi di studio sia per la modellazione sia per la sintesi ad alto livello, incluso il confronto delle soluzioni HLS rispetto al design sviluppato mediante metodologia di progettazione tradizionale. Sono state implementate diverse soluzioni con gradi di complessità crescenti, allo scopo di verificare i limiti della metodologia di progettazione a livello di sistema. Infine, è stato implementato su FPGA un sistema funzionante che prevede l’integrazione di componenti progettati mediante metodologie diverse. Parte della ricerca è stata effettuata in collaborazione con Korg Italy, con sede a Osimo (AN), che ha fornito know-how e consulenza per quanto riguarda il campo applicativo della sintesi digitale di segnali musicali.