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Binary multiplier has been a staple in the digital circuit design. It is used in microprocessor design, DSP applications etc. Here, we discuss the design of a novel multiplier that employs a modified shift and add logic to multiply two n-bit unsigned binary numbers. In our work, we changed the shift and add algorithm. We used a barrel shifter and a multiplexer to generate the partial products. We also found out a way to reduce the number of partial products so that we would have fewer numbers to add after we generated all of them. An array of Carry Save Adders (CSA) is used to add the partial products. With all our arrangements and setups, we aim to reduce delays and make the design as efficient as possible. As examples, we have shown it to multiply two 16-bit numbers, however, the design can easily be either scaled up or down according to the environment the multiplier is being used.

The mainstream of current VLSI design and logic synthesis is based on traditional CMOS logic circuits. However, various new logic circuit design styles based on pass-transistor logic (PTL) have been proposed. The advantage of PTL is higher speed, smaller area and lower power for some particular circuits such as XOR. Since most current automatic logic synthesis tools (such as Synopsys Design Compiler) are based on conventional CMOS standard cell library, the corresponding logic minimization for CMOS logic cannot be directly employed to generate efficient PTL circuits. In this thesis, we develop a novel PTL synthesizer that can efficiently generate PTL-based circuits. We proposed a new synthesis method (hybrid PTL/CMOS Library design) that has multiple driving strengths and multiple threshold voltages to achieve better performance in area, speed, and power. Since PTL-based circuits are constructed by only a few basic PTL cells, the layouts in PTL cells can be easily updated as the process technology migrates rapidly in current Nano technology era. The proposed PTL logic synthesis flow employs the popular Synopsys Design Compiler (DC) to perform logic translation and minimization based on the standard cell library composed of PTL and CMOS logic cells. Thus, the PTL design flow can be easily embedded in the standard cell-based ASIC design flow.

A crescente evolução das tecnologias de fabricação de circuitos integrados demanda o desenvolvimento de novas ferramentas de CAD. O desenvolvimento tradicional de circuitos digitais a nível físico baseia-se em bibliotecas de células. Estas bibliotecas de células oferecem certa previsibilidade do comportamento elétrico do projeto devido à caracterização prévia das células. Além disto,diferentes versões para cada célula são requeridas de forma que características como atraso e consumo sejam atendidos, aumentando o número de células necessárias em uma bilioteca. A geração automática de leiautes é uma alternativa cada vez mais importante para a geracão baseada em células. Este método implementa transistores e conexões de acordo com padrões que são definidos em algoritmos sem as limitações impostas pelo uso de uma biblioteca de células. A previsibilidade em leiautes gerado automaticamente é oferecida por ferramentas de análise e estimativa. Estas ferramentas devem ser aptas a trabalhar com estimativas do leiaute e gerar informações relativas a atraso, potência e área. Este trabalho inclui a pesquisa de novos métodos de síntese física e a implementação de um gerador automático de leiautes cujas células são geradas no momento da síntese do leiaute. A pesquisa investiga diferentes estratégias de disposição dos componentes (transistores, contatos e conexões) em um leiaute e seus efeitos na ocupação de área e no atraso e de um circuito. A estratégia de leiaute utilizada aplica técnicas de otimização de atraso pela integração com uma técnicas de dimensionamento de transistores. Isto é feito de forma que o método de folding permita diferentes dimensionamentos para os transistores. As principais características da estratégia proposta neste trabalho são: linhas de alimentação entre bandas, roteamento sobre o leiaute (não são utilizados canais de roteamento) e geração de leiautes visando a redução do atraso do circuito pela aplicação da técnica de dimensionamento ao leiaute e redução do comprimento médio das conexões. O fato de permitir a implementação de qualquer combinação de equações lógicas, sem as restrições impostas pelo uso de uma biblioteca de células, permite a síntese de circuitos com uma otimização do número de transistores utilizados. Isto contribui para a diminuição de atrasos e do consumo, especialmente do consumo estático em circuitos submicrônicos. Comparações entre a estratégia proposta e outros métodos conhecidos são apresentadas de forma a validar a proposta apresentada. / The evolution of integrated circuits technologies demands the development of new CAD tools. The traditional development of digital circuits at physical level is based in library of cells. These libraries of cells offer certain predictability of the electrical behavior of the design due to the previous characterization of the cells. Besides, different versions of each cell are required in such a way that delay and power consumption characteristics are taken into account, increasing the number of cells in a library. The automatic full custom layout generation is an alternative each time more important to cell based generation approaches. This strategy implements transistors and connections according patterns defined by algorithms. So, it is possible to implement any logic function avoiding the limitations of the library of cells. Tools of analysis and estimate must offer the predictability in automatic full custom layouts. These tools must be able to work with layout estimates and to generate information related to delay, power consumption and area occupation. This work includes the research of new methods of physical synthesis and the implementation of an automatic layout generation in which the cells are generated at the moment of the layout synthesis. The research investigates different strategies of elements disposition (transistors, contacts and connections) in a layout and their effects in the area occupation and circuit delay. The presented layout strategy applies delay optimization by the integration with a gate sizing technique. This is performed in such a way the folding method allows individual discrete sizing to transistors. The main characteristics of the proposed strategy are: power supply lines between rows, over the layout routing (channel routing is not used), circuit routing performed before layout generation and layout generation targeting delay reduction by the application of the sizing technique. The possibility to implement any logic function, without restrictions imposed by a library of cells, allows the circuit synthesis with optimization in the number of the transistors. This reduction in the number of transistors decreases the delay and power consumption, mainly the static power consumption in submicrometer circuits. Comparisons between the proposed strategy and other well-known methods are presented in such a way the proposed method is validated.

A crescente evolução das tecnologias de fabricação de circuitos integrados demanda o desenvolvimento de novas ferramentas de CAD. O desenvolvimento tradicional de circuitos digitais a nível físico baseia-se em bibliotecas de células. Estas bibliotecas de células oferecem certa previsibilidade do comportamento elétrico do projeto devido à caracterização prévia das células. Além disto,diferentes versões para cada célula são requeridas de forma que características como atraso e consumo sejam atendidos, aumentando o número de células necessárias em uma bilioteca. A geração automática de leiautes é uma alternativa cada vez mais importante para a geracão baseada em células. Este método implementa transistores e conexões de acordo com padrões que são definidos em algoritmos sem as limitações impostas pelo uso de uma biblioteca de células. A previsibilidade em leiautes gerado automaticamente é oferecida por ferramentas de análise e estimativa. Estas ferramentas devem ser aptas a trabalhar com estimativas do leiaute e gerar informações relativas a atraso, potência e área. Este trabalho inclui a pesquisa de novos métodos de síntese física e a implementação de um gerador automático de leiautes cujas células são geradas no momento da síntese do leiaute. A pesquisa investiga diferentes estratégias de disposição dos componentes (transistores, contatos e conexões) em um leiaute e seus efeitos na ocupação de área e no atraso e de um circuito. A estratégia de leiaute utilizada aplica técnicas de otimização de atraso pela integração com uma técnicas de dimensionamento de transistores. Isto é feito de forma que o método de folding permita diferentes dimensionamentos para os transistores. As principais características da estratégia proposta neste trabalho são: linhas de alimentação entre bandas, roteamento sobre o leiaute (não são utilizados canais de roteamento) e geração de leiautes visando a redução do atraso do circuito pela aplicação da técnica de dimensionamento ao leiaute e redução do comprimento médio das conexões. O fato de permitir a implementação de qualquer combinação de equações lógicas, sem as restrições impostas pelo uso de uma biblioteca de células, permite a síntese de circuitos com uma otimização do número de transistores utilizados. Isto contribui para a diminuição de atrasos e do consumo, especialmente do consumo estático em circuitos submicrônicos. Comparações entre a estratégia proposta e outros métodos conhecidos são apresentadas de forma a validar a proposta apresentada. / The evolution of integrated circuits technologies demands the development of new CAD tools. The traditional development of digital circuits at physical level is based in library of cells. These libraries of cells offer certain predictability of the electrical behavior of the design due to the previous characterization of the cells. Besides, different versions of each cell are required in such a way that delay and power consumption characteristics are taken into account, increasing the number of cells in a library. The automatic full custom layout generation is an alternative each time more important to cell based generation approaches. This strategy implements transistors and connections according patterns defined by algorithms. So, it is possible to implement any logic function avoiding the limitations of the library of cells. Tools of analysis and estimate must offer the predictability in automatic full custom layouts. These tools must be able to work with layout estimates and to generate information related to delay, power consumption and area occupation. This work includes the research of new methods of physical synthesis and the implementation of an automatic layout generation in which the cells are generated at the moment of the layout synthesis. The research investigates different strategies of elements disposition (transistors, contacts and connections) in a layout and their effects in the area occupation and circuit delay. The presented layout strategy applies delay optimization by the integration with a gate sizing technique. This is performed in such a way the folding method allows individual discrete sizing to transistors. The main characteristics of the proposed strategy are: power supply lines between rows, over the layout routing (channel routing is not used), circuit routing performed before layout generation and layout generation targeting delay reduction by the application of the sizing technique. The possibility to implement any logic function, without restrictions imposed by a library of cells, allows the circuit synthesis with optimization in the number of the transistors. This reduction in the number of transistors decreases the delay and power consumption, mainly the static power consumption in submicrometer circuits. Comparisons between the proposed strategy and other well-known methods are presented in such a way the proposed method is validated.

A crescente evolução das tecnologias de fabricação de circuitos integrados demanda o desenvolvimento de novas ferramentas de CAD. O desenvolvimento tradicional de circuitos digitais a nível físico baseia-se em bibliotecas de células. Estas bibliotecas de células oferecem certa previsibilidade do comportamento elétrico do projeto devido à caracterização prévia das células. Além disto,diferentes versões para cada célula são requeridas de forma que características como atraso e consumo sejam atendidos, aumentando o número de células necessárias em uma bilioteca. A geração automática de leiautes é uma alternativa cada vez mais importante para a geracão baseada em células. Este método implementa transistores e conexões de acordo com padrões que são definidos em algoritmos sem as limitações impostas pelo uso de uma biblioteca de células. A previsibilidade em leiautes gerado automaticamente é oferecida por ferramentas de análise e estimativa. Estas ferramentas devem ser aptas a trabalhar com estimativas do leiaute e gerar informações relativas a atraso, potência e área. Este trabalho inclui a pesquisa de novos métodos de síntese física e a implementação de um gerador automático de leiautes cujas células são geradas no momento da síntese do leiaute. A pesquisa investiga diferentes estratégias de disposição dos componentes (transistores, contatos e conexões) em um leiaute e seus efeitos na ocupação de área e no atraso e de um circuito. A estratégia de leiaute utilizada aplica técnicas de otimização de atraso pela integração com uma técnicas de dimensionamento de transistores. Isto é feito de forma que o método de folding permita diferentes dimensionamentos para os transistores. As principais características da estratégia proposta neste trabalho são: linhas de alimentação entre bandas, roteamento sobre o leiaute (não são utilizados canais de roteamento) e geração de leiautes visando a redução do atraso do circuito pela aplicação da técnica de dimensionamento ao leiaute e redução do comprimento médio das conexões. O fato de permitir a implementação de qualquer combinação de equações lógicas, sem as restrições impostas pelo uso de uma biblioteca de células, permite a síntese de circuitos com uma otimização do número de transistores utilizados. Isto contribui para a diminuição de atrasos e do consumo, especialmente do consumo estático em circuitos submicrônicos. Comparações entre a estratégia proposta e outros métodos conhecidos são apresentadas de forma a validar a proposta apresentada. / The evolution of integrated circuits technologies demands the development of new CAD tools. The traditional development of digital circuits at physical level is based in library of cells. These libraries of cells offer certain predictability of the electrical behavior of the design due to the previous characterization of the cells. Besides, different versions of each cell are required in such a way that delay and power consumption characteristics are taken into account, increasing the number of cells in a library. The automatic full custom layout generation is an alternative each time more important to cell based generation approaches. This strategy implements transistors and connections according patterns defined by algorithms. So, it is possible to implement any logic function avoiding the limitations of the library of cells. Tools of analysis and estimate must offer the predictability in automatic full custom layouts. These tools must be able to work with layout estimates and to generate information related to delay, power consumption and area occupation. This work includes the research of new methods of physical synthesis and the implementation of an automatic layout generation in which the cells are generated at the moment of the layout synthesis. The research investigates different strategies of elements disposition (transistors, contacts and connections) in a layout and their effects in the area occupation and circuit delay. The presented layout strategy applies delay optimization by the integration with a gate sizing technique. This is performed in such a way the folding method allows individual discrete sizing to transistors. The main characteristics of the proposed strategy are: power supply lines between rows, over the layout routing (channel routing is not used), circuit routing performed before layout generation and layout generation targeting delay reduction by the application of the sizing technique. The possibility to implement any logic function, without restrictions imposed by a library of cells, allows the circuit synthesis with optimization in the number of the transistors. This reduction in the number of transistors decreases the delay and power consumption, mainly the static power consumption in submicrometer circuits. Comparisons between the proposed strategy and other well-known methods are presented in such a way the proposed method is validated.

O projeto e o desenvolvimento de circuitos integrados é um dos mais importantes e aquecidos segmentos da indústria eletrônica da atualidade. Neste cenário, ferramentas de automação têm possibilitado aos projetistas manipular uma elevada quantidade de transistores em circuitos cada vez mais complexos, diminuindo, assim, o tempo de projeto. Em especial, ferramentas de síntese lógica têm contribuído significativamente para reduzir o ciclo de desenvolvimento. Na metodologia de projeto full-custom, cada bloco funcional tem sua geração realizada de forma manual, desde a implementação das redes de transistores até a geração do leiaute. Entretanto, esta tarefa é extremamente custosa em tempo de projeto. Neste contexto, torna-se confortável ter a disposição algoritmos dedicados para derivar redes de transistores automaticamente. Diversos tipos de arranjos de transistores são encontrados na literatura. Estas diferentes redes de transistores apresentam diferentes comportamentos em termos de consumo de área, consumo de potência e velocidade. Desta forma, não apenas a geração automática de redes de transistores é importante, mas também técnicas automatizadas para avaliar e comparar estas distintas redes de chaves é de fundamental importância para guiar o projetista que deseja alcançar implementações de circuitos eficientes. Estas avaliações não precisam ser necessariamente processos custosos de caracterização elétrica. Elas podem ser realizadas através de estimativas capazes de fornecer informações acuradas sobre o comportamento das redes. Esta idéia pode ser utilizada por projetistas que desejam gerar e avaliar potenciais soluções em redes de transistores para alimentar fluxos standard-cell (utilizando bibliotecas de células), ou por aqueles que utilizam a abordagem de mapeamento tecnológico library-free (fazendo uso de geradores de células). Neste contexto, este trabalho apresenta um gerador automático de redes de transistores capaz de fornecer diferentes tipos de redes em diversos estilos lógicos. Para comparar as redes geradas, algumas técnicas de estimativa são empregadas. Comparações são realizadas sobre conjuntos distintos de funções Booleanas, demonstrando as vantagens da utilização de lógicas alternativas em relação ao difundido padrão CMOS. / Currently, VLSI design has established a dominant role in the electronics industry. Automated tools have enabled designers to manipulate more transistors on a design project and shorten the design cycle. In particular, logic synthesis tools have contributed significantly to reduce the design cycle time. In full-custom designs, manual generation of transistor netlists for each functional block is performed, but this is an extremely time-consuming task. In this sense, it becomes comfortable to have efficient algorithms to derive transistor networks automatically. There are several kinds of transistor networks arrangements. These different networks present different behaviors in terms of area, delay and power consumption. Thus, not only automatic transistor networks generation is important, but also an automated technique to evaluate and to compare the distinct switch networks is fundamental to guide designers that need to achieve efficient circuit implementations. This evaluation not necessarily needs to be an expensive electrical characterization process. It can be obtained through estimation processes capable of delivering good information about the logic cells behavior. This idea is useful for those designers that desire to generate and to evaluate potential transistor network implementations to feed standard-cell flow designs (using cell libraries), or for those designers who target the use of library-free technology mapping concept (using automatic cells generators). In this context, this work presents an automated transistor network generator able to delivery different kinds of networks in several logic styles. In order to compare the obtained networks, some estimation techniques are employed. A comparison is done over a set of Boolean function benchmarks, showing the advantages of using alternative logic styles over the traditional Complementary Series-Parallel CMOS (CSP CMOS).

O projeto e o desenvolvimento de circuitos integrados é um dos mais importantes e aquecidos segmentos da indústria eletrônica da atualidade. Neste cenário, ferramentas de automação têm possibilitado aos projetistas manipular uma elevada quantidade de transistores em circuitos cada vez mais complexos, diminuindo, assim, o tempo de projeto. Em especial, ferramentas de síntese lógica têm contribuído significativamente para reduzir o ciclo de desenvolvimento. Na metodologia de projeto full-custom, cada bloco funcional tem sua geração realizada de forma manual, desde a implementação das redes de transistores até a geração do leiaute. Entretanto, esta tarefa é extremamente custosa em tempo de projeto. Neste contexto, torna-se confortável ter a disposição algoritmos dedicados para derivar redes de transistores automaticamente. Diversos tipos de arranjos de transistores são encontrados na literatura. Estas diferentes redes de transistores apresentam diferentes comportamentos em termos de consumo de área, consumo de potência e velocidade. Desta forma, não apenas a geração automática de redes de transistores é importante, mas também técnicas automatizadas para avaliar e comparar estas distintas redes de chaves é de fundamental importância para guiar o projetista que deseja alcançar implementações de circuitos eficientes. Estas avaliações não precisam ser necessariamente processos custosos de caracterização elétrica. Elas podem ser realizadas através de estimativas capazes de fornecer informações acuradas sobre o comportamento das redes. Esta idéia pode ser utilizada por projetistas que desejam gerar e avaliar potenciais soluções em redes de transistores para alimentar fluxos standard-cell (utilizando bibliotecas de células), ou por aqueles que utilizam a abordagem de mapeamento tecnológico library-free (fazendo uso de geradores de células). Neste contexto, este trabalho apresenta um gerador automático de redes de transistores capaz de fornecer diferentes tipos de redes em diversos estilos lógicos. Para comparar as redes geradas, algumas técnicas de estimativa são empregadas. Comparações são realizadas sobre conjuntos distintos de funções Booleanas, demonstrando as vantagens da utilização de lógicas alternativas em relação ao difundido padrão CMOS. / Currently, VLSI design has established a dominant role in the electronics industry. Automated tools have enabled designers to manipulate more transistors on a design project and shorten the design cycle. In particular, logic synthesis tools have contributed significantly to reduce the design cycle time. In full-custom designs, manual generation of transistor netlists for each functional block is performed, but this is an extremely time-consuming task. In this sense, it becomes comfortable to have efficient algorithms to derive transistor networks automatically. There are several kinds of transistor networks arrangements. These different networks present different behaviors in terms of area, delay and power consumption. Thus, not only automatic transistor networks generation is important, but also an automated technique to evaluate and to compare the distinct switch networks is fundamental to guide designers that need to achieve efficient circuit implementations. This evaluation not necessarily needs to be an expensive electrical characterization process. It can be obtained through estimation processes capable of delivering good information about the logic cells behavior. This idea is useful for those designers that desire to generate and to evaluate potential transistor network implementations to feed standard-cell flow designs (using cell libraries), or for those designers who target the use of library-free technology mapping concept (using automatic cells generators). In this context, this work presents an automated transistor network generator able to delivery different kinds of networks in several logic styles. In order to compare the obtained networks, some estimation techniques are employed. A comparison is done over a set of Boolean function benchmarks, showing the advantages of using alternative logic styles over the traditional Complementary Series-Parallel CMOS (CSP CMOS).

O projeto e o desenvolvimento de circuitos integrados é um dos mais importantes e aquecidos segmentos da indústria eletrônica da atualidade. Neste cenário, ferramentas de automação têm possibilitado aos projetistas manipular uma elevada quantidade de transistores em circuitos cada vez mais complexos, diminuindo, assim, o tempo de projeto. Em especial, ferramentas de síntese lógica têm contribuído significativamente para reduzir o ciclo de desenvolvimento. Na metodologia de projeto full-custom, cada bloco funcional tem sua geração realizada de forma manual, desde a implementação das redes de transistores até a geração do leiaute. Entretanto, esta tarefa é extremamente custosa em tempo de projeto. Neste contexto, torna-se confortável ter a disposição algoritmos dedicados para derivar redes de transistores automaticamente. Diversos tipos de arranjos de transistores são encontrados na literatura. Estas diferentes redes de transistores apresentam diferentes comportamentos em termos de consumo de área, consumo de potência e velocidade. Desta forma, não apenas a geração automática de redes de transistores é importante, mas também técnicas automatizadas para avaliar e comparar estas distintas redes de chaves é de fundamental importância para guiar o projetista que deseja alcançar implementações de circuitos eficientes. Estas avaliações não precisam ser necessariamente processos custosos de caracterização elétrica. Elas podem ser realizadas através de estimativas capazes de fornecer informações acuradas sobre o comportamento das redes. Esta idéia pode ser utilizada por projetistas que desejam gerar e avaliar potenciais soluções em redes de transistores para alimentar fluxos standard-cell (utilizando bibliotecas de células), ou por aqueles que utilizam a abordagem de mapeamento tecnológico library-free (fazendo uso de geradores de células). Neste contexto, este trabalho apresenta um gerador automático de redes de transistores capaz de fornecer diferentes tipos de redes em diversos estilos lógicos. Para comparar as redes geradas, algumas técnicas de estimativa são empregadas. Comparações são realizadas sobre conjuntos distintos de funções Booleanas, demonstrando as vantagens da utilização de lógicas alternativas em relação ao difundido padrão CMOS. / Currently, VLSI design has established a dominant role in the electronics industry. Automated tools have enabled designers to manipulate more transistors on a design project and shorten the design cycle. In particular, logic synthesis tools have contributed significantly to reduce the design cycle time. In full-custom designs, manual generation of transistor netlists for each functional block is performed, but this is an extremely time-consuming task. In this sense, it becomes comfortable to have efficient algorithms to derive transistor networks automatically. There are several kinds of transistor networks arrangements. These different networks present different behaviors in terms of area, delay and power consumption. Thus, not only automatic transistor networks generation is important, but also an automated technique to evaluate and to compare the distinct switch networks is fundamental to guide designers that need to achieve efficient circuit implementations. This evaluation not necessarily needs to be an expensive electrical characterization process. It can be obtained through estimation processes capable of delivering good information about the logic cells behavior. This idea is useful for those designers that desire to generate and to evaluate potential transistor network implementations to feed standard-cell flow designs (using cell libraries), or for those designers who target the use of library-free technology mapping concept (using automatic cells generators). In this context, this work presents an automated transistor network generator able to delivery different kinds of networks in several logic styles. In order to compare the obtained networks, some estimation techniques are employed. A comparison is done over a set of Boolean function benchmarks, showing the advantages of using alternative logic styles over the traditional Complementary Series-Parallel CMOS (CSP CMOS).

Approved for public release; distribution is unlimited / The contribution of this thesis is the development of a CAD (computer aided design) tool for current mode multiple-valued logic (MVL) CMOS circuits. It is only the second known MVL CAD tool and the first CAD tool for MVL CMOS. The tool accepts a specification of the function to be realized by the user, produces a minimal or near-minimal realization (if such a realization is possible), and produces a layout of a programmable logic array (PLA) integrated circuit that realizes the given function. The layout is in MAGIC format, suitable for submission to a chip manufacturer. The CAD tool also allows the user to simulate the realized function so that he/she can verify correctness of design. The CAD tool is designed also to be an analysis tool for heuristic minimization algorithms. As part of this thesis, a random function generator and statistics gathering package were developed. In the present tool, two heuristics are provided and the user can choose one or both. In the latter case, the better realization is output to the user. The CAD tool is designed to be flexible, so that future improvements can be made in the heuristic algorithms, as well as the layout generator. Thus, the tool can be used to accommodate new technologies, for example, a voltage mode CMOS PLA rather than the current mode CMOS currently implemented. / http://archive.org/details/cadtoolforcurren00leeh / Lieutenant, Republic of Korea Navy