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GN⁺: 펜티엄 프로세서의 개별 게이트 분석: Standard Cells

 (righto.com)
1P by neo 2달전 | favorite | 댓글 1개

개별 게이트를 살펴보는 Pentium 프로세서의 표준 셀

  • Pentium 프로세서 소개

    • Intel은 1993년에 강력한 Pentium 프로세서를 출시했음
    • Pentium은 복잡한 칩으로 330만 개의 트랜지스터를 포함하고 있음
    • 이 칩은 BiCMOS라는 특이한 기술을 사용했음

  • 표준 셀 디자인

    • 1970년대 초기 프로세서는 수작업으로 트랜지스터를 배치했음
    • 수작업 배치는 느리고 오류가 많아 자동화된 표준 셀 디자인이 개발되었음
    • 표준 셀은 고정된 높이와 가변적인 너비를 가지며, 행으로 배열됨

  • CMOS 개요

    • 현대 프로세서는 NMOS와 PMOS 트랜지스터를 사용하는 CMOS 회로로 구성됨
    • NMOS 트랜지스터는 게이트가 높을 때 켜지고, PMOS 트랜지스터는 게이트가 낮을 때 켜짐
    • CMOS 회로는 상보적인 접근 방식을 사용함

  • Pentium의 회로층

    • Pentium은 실리콘 다이 표면에 네 개의 금속 배선 층을 가지고 있음
    • 각 금속 층은 상하층과 연결되며, 신호가 칩을 가로질러 이동할 수 있게 함
    • 자동 배치 및 라우팅 소프트웨어는 복잡한 배선 경로를 생성함

  • 인버터

    • CMOS 인버터는 하나의 PMOS 트랜지스터와 하나의 NMOS 트랜지스터로 구성됨
    • 입력이 1일 때 NMOS 트랜지스터가 켜져 출력이 0이 되고, 입력이 0일 때 PMOS 트랜지스터가 켜져 출력이 1이 됨

  • NAND 게이트

    • NAND 게이트는 두 개의 PMOS 트랜지스터와 두 개의 NMOS 트랜지스터로 구성됨
    • 두 입력이 모두 높을 때 NMOS 트랜지스터가 켜져 출력이 낮아짐
    • 입력 중 하나가 낮을 때 PMOS 트랜지스터가 켜져 출력이 높아짐

  • OR-NAND 게이트

    • 5개의 입력을 가지는 OR-NAND 게이트는 복잡한 구조를 가짐
    • NMOS 회로는 병렬로, PMOS 회로는 직렬로 구성됨

  • 래치

    • 래치는 클럭 신호에 의해 제어되는 한 비트를 저장함
    • 클럭이 높을 때 입력이 출력에 즉시 나타나고, 클럭이 낮을 때 이전 값을 유지함

  • 플립플롭

    • 플립플롭은 래치와 유사하지만 클럭 입력이 레벨 감도가 아닌 에지 감도임
    • 클럭이 낮은 상태에서 높은 상태로 전환될 때 입력 값을 기억함

  • BiCMOS 버퍼

    • Pentium은 CMOS와 바이폴라 트랜지스터를 사용하는 BiCMOS 기술을 사용함
    • BiCMOS 회로는 신호 지연을 최대 35%까지 줄임

  • 결론

    • 표준 셀 레이아웃은 현대 칩에서 광범위하게 사용됨
    • Pentium은 BiCMOS 회로를 사용한 독특한 특징을 가짐
    • 복잡한 프로세서도 간단한 트랜지스터 회로로 구성되어 있음

GN⁺의 정리

  • Pentium 프로세서는 1993년에 출시된 강력한 칩으로, 330만 개의 트랜지스터를 포함하고 있음
  • 표준 셀 디자인은 수작업 배치의 단점을 보완하기 위해 개발되었으며, 자동화된 배치 및 라우팅 소프트웨어를 사용함
  • BiCMOS 기술은 신호 지연을 줄이는 데 효과적이었으나, 현대 디지털 회로에서는 사용되지 않음
  • 이 기사는 Pentium의 회로를 자세히 분석하여 복잡한 프로세서도 간단한 트랜지스터 회로로 구성되어 있음을 보여줌
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neo 2달전  [-]
Hacker News 의견

  • Intel은 386 프로세서에 자동 배치 및 라우팅 기술을 사용했음

    • 이 기술은 수작업보다 훨씬 빠르고 오류를 크게 줄였음
    • 배치는 Berkeley 대학원생이 개발한 Timberwolf 프로그램으로 수행되었음
    • 팀원 중 한 명은 경영진이 대학원생의 도구를 사용한 것을 알았다면 허락하지 않았을 것이라고 말했음
    • 그 대학원생은 Carl Sechen이며, 지도 교수는 Alberto Sangiovanni-Vincentelli였음

  • 현대 프로세서는 나노미터 규모의 트랜지스터로 인해 현미경으로 연구하기 어려움

    • Ken에게 전자 현미경을 사주기 위해 모금을 하자는 의견이 있었음

  • 이미지를 볼 수 없다는 의견이 있었음

    • CloudFlare 때문이며, 페이지에 접속할 때 "인간 확인" 절차를 거쳐야 함
    • 그러나 이미지 로드 시에도 같은 확인 절차가 필요하지만, 확인 절차가 표시되지 않아 이미지가 로드되지 않음

  • 기사에 언급된 표준 셀과 현재 셀의 차이점은 라우팅 채널이 제거되었다는 것임

    • 과거에는 금속이 Vdd와 접지선을 가로지르는 것을 피하기 위해 폴리실리콘 라인을 늘렸음
    • 현재는 충분한 금속 층이 있어 셀 자체를 통해 라우팅할 수 있음
    • 입력과 출력을 트랜지스터로 내려가는 비아를 피해야 함
    • 셀의 행을 뒤집어 PMOS와 NMOS의 레일이 겹치도록 하면 추가적인 이득이 있음

  • Ken의 블로그 게시물은 항상 놀라웠다는 의견이 있었음

    • 그의 작업을 사랑하며 계속해주길 바람

  • 현대 EDA 소프트웨어가 표준 셀에 의존하지 않고 트랜지스터를 배치할 수 있을 만큼 정교한지에 대한 질문이 있었음

  • 프로세서를 "해부"하는 것이 학교에서 개구리 해부와 비슷한 교육 활동이 될 수 있다는 의견이 있었음

    • 동물 권리 문제 없이 재미있고 교육적일 것임

  • 오픈 소스 표준 셀에 관심 있는 사람들을 위한 링크가 제공되었음

  • "팝 문화" 링크가 기대했던 노래와 정확히 일치해서 기쁘다는 의견이 있었음

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