Este trabalho foi realizado dentro da área de reconhecimento automático de voz (RAV). Atualmente, a maioria dos sistemas de RAV é baseada nos modelos ocultos de Markov (HMMs) [GOM 99] [GOM 99b], quer utilizando-os exclusivamente, quer utilizando-os em conjunto com outras técnicas e constituindo sistemas híbridos. A abordagem estatística dos HMMs tem mostrado ser uma das mais poderosas ferramentas disponíveis para a modelagem acústica e temporal do sinal de voz. A melhora da taxa de reconhecimento exige algoritmos mais complexos [RAV 96]. O aumento do tamanho do vocabulário ou do número de locutores exige um processamento computacional adicional. Certas aplicações, como a verificação de locutor ou o reconhecimento de diálogo podem exigir processamento em tempo real [DOD 85] [MAM 96]. Outras aplicações tais como brinquedos ou máquinas portáveis ainda podem agregar o requisito de portabilidade, e de baixo consumo, além de um sistema fisicamente compacto. Tais necessidades exigem uma solução em hardware. O presente trabalho propõe a implementação de um sistema de RAV utilizando hardware baseado em FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) e otimizando os algoritmos que se utilizam no RAV. Foi feito um estudo dos sistemas de RAV e das técnicas que a maioria dos sistemas utiliza em cada etapa que os conforma. Deu-se especial ênfase aos Modelos Ocultos de Markov, seus algoritmos de cálculo de probabilidades, de treinamento e de decodificação de estados, e sua aplicação nos sistemas de RAV. Foi realizado um estudo comparativo dos sistemas em hardware, produzidos por outros centros de pesquisa, identificando algumas das suas características mais relevantes. Foi implementado um modelo de software, descrito neste trabalho, utilizado para validar os algoritmos de RAV e auxiliar na especificação em hardware. Um conjunto de funções digitais implementadas em FPGA, necessárias para o desenvolvimento de sistemas de RAV é descrito. Foram realizadas algumas modificações nos algoritmos de RAV para facilitar a implementação digital dos mesmos. A conexão, entre as funções digitais projetadas, para a implementação de um sistema de reconhecimento de palavras isoladas é aqui apresentado. A implementação em FPGA da etapa de pré-processamento, que inclui a pré-ênfase, janelamento e extração de características, e a implementação da etapa de reconhecimento são apresentadas finalmente neste trabalho.

O sistema de energia atual passou por poucas alterações desde sua concepção original, há mais de 100 anos. No entanto, a crescente complexidade da infraestrutura e da demanda global por energia vem criando diversos desafios que a sua constituição original não previa, culminando em problemas como apagões e outras falhas no seu fornecimento. Além disso, nota-se nos últimos anos, principalmente nos países desenvolvidos, uma certa diversificação na matriz energética, incentivando a utilização de fontes de energia renováveis e distribuídas. Isto se deve não apenas ao potencial energético das, mas também visando uma menor utilização de combustíveis fósseis, devido tanto a volatilidade e tendência de alta dos preços do petróleo, mas também pela necessidade de contenção do volume de emissões de gases causadores do efeito estufa. Apesar desta defasagem do sistema de energia contemporâneo, avanços nas áreas de informática, eletrônica embarcada, além das tecnologias empregadas na construção de sensores e atuadores, têm possibilitado a criação de uma rede de energia moderna, automatizada e distribuída. Esta rede, conhecida como Mart Grid, traz novas perspectivas no gerenciamento e na operação dos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, inserindo propostas que visam melhorar diversos fatores da rede de energia atual, aumentado sua eficiência, segurança e confiabilidade de transmissão, além da eliminação de obstáculos para a integração em larga escala de fontes de energia distribuídas e renováveis. Este novo paradigma é caracterizado por um fluxo bidirecional de eletricidade e de informações, afim de criar uma rede automatizada e distribuída de energia. Ele incorpora à grade os benefícios da computação distribuída e de comunicações para fornecer informações em tempo real e permitir o equilíbrio quase instantâneo da oferta e da procura dos bens energéticos. Dentro do contexto de Smart Grids, Smart Appliances são uma modernização dos aparelhos eletrodomésticos quanto a sua utilização de energia, de forma que estes sejam capazes de monitorar, proteger e ajustar automaticamente o seu funcionamento às necessidades do proprietário e a disponibilidade deste recurso. Ou seja, estes possuem não apenas características de inteligência, mas também a capacidade de utilizarem as informações disponibilizados no Smart Grid para adaptar seu funcionamento. Apesar do grande interesse despertado em torno destes conceitos, há ainda uma enorme carência de padrões e tecnologias que permitam a criação de tais aparelhos inteligentes inseridos nos ambientes domésticos e prediais. Este trabalho tem por objetivo estudar e conceituar o Smart Grid, pesquisando os grupos existentes que buscam uma padronização deste, bem como conceituar Smart Appliances, avaliando projetos e pesquisas existentes, e, principalmente, propondo uma arquitetura que permita a construção de tais dispositivos. Os requisitos necessários para a criação desta arquitetura são discutidos ao longo da dissertação, bem como as tecnologias necessárias e existentes para permitir sua proposta. Finalmente, o funcionamento bem sucedido, através de uma implementação da mesma, é demonstrado através de diferentes experimentos, avaliando como as características do Smart Grid podem ser utilizadas para criar aparelhos eletrodomésticos capazes de usarem as informações disponíveis para melhorar seu funcionamento. / Since its original conception, for over 100 years, the current energy system has experienced little changes. However, the increasing complexity of the infrastructure, together with the growing global demand for energy, have imposed many challenges that its original constitution did not foresee, which has resulted in problems such as blackouts along with other energy supply failures. Moreover, over the last few years, some diversification in energy generation has been seen, especially in developed countries, encouraging the use of distributed and renewable energy sources. Apart from the energetic potential offered by those sources, it aims to decrease the greenhouse gases emission volume, in addition to reduce dependency on fossil fuels, which tend to increase in price. Despite the lack of upgrades, improvements in the areas of computing, embedded electronics, and technologies employed in sensors and actuators assembly have enabled the creation of a modern automated and distributed power grid. This grid, better known as Smart Grid, enhances several factors of the current power network, bringing new perspectives in electricity management, operation, generation, transmission and distribution. That result in increased efficiency, transmission safety and reliability, additionally eliminating obstacles in large-scale integration of renewable and distributed energy sources. This new paradigm also features a bi-directional electricity and information flow, enabling an automated and distributed energy network that incorporates the grid benefits of distributed computing and communications to provide real-time information and allowing almost instantaneous supply and demand balance of energy goods. Within the context of Smart Grids, Smart Appliances proposes an extension of regular appliances with intelligence and self-awareness of their energy use, so that they are able to monitor, protect and automatically adjust its operation according to the owner's needs and availability of this resource. That is, besides of being smart, they feature ability to use the information available on the Smart Grid to adapt its running behavior. Even though the increased interest around these concepts, there is still a gap of standards and technologies enabling the creation and embedding of intelligent devices in residences and buildings. The present projects attempts to study and conceptualize Smart Grid, surveying existing standardization groups, as well as conceptualize Smart Appliances, evaluating existing projects and research, proposing an architecture allowing the building of such devices. The requirements for this architecture, together with the required and existing technologies to make the implementation feasible, are discussed throughout the project development. Finally, the architecture's successful functioning is demonstrated through an implementation of it, together with different experiments, relying on them to evaluate the Smart Grid characteristics and how appliances can improve their operation based on the information shared throughout the Smart Grid.

Esta Tese apresenta os resultados da simulação do transporte eletrônico em três dimensões (3D) no nano dispositivo eletrônico conhecido como “SOI-FinFET”. Este dispositivo é um transistor MOS em tecnologia Silício sobre Isolante – “Silicon-on- Insulator”, SOI – com porta dupla e cujo canal e zonas de fonte e dreno são realizadas em uma estrutura nanométrica vertical de silício chamada de “finger” ou “fin”. Como introdução ao dispositivo em questão, é feita uma revisão básica sobre a tecnologia e transistores SOI e sobre MOSFETs de múltiplas portas. A implementação de um modelo tipo “charge-sheet” para o transistor SOI-MOSFET totalmente depletado e uma modelagem deste dispositivo em altas frequências também é apresentada. A geometria do “fin” é escalada para valores menores do que 100 nm, com uma espessura entre 10 e 20 nm. Um dos objetivos deste trabalho é a definição de parâmetros para o SOI-FinFET que o viabilizem para a tecnologia de 22 nm, com um comprimento efetivo de canal menor do que 20 nm. O transistor FinFET e uma estrutura básica simplificada para simulação numérica em 3D são descritos, sendo utilizados dados de tecnologias atuais de fabricação. São apresentados resultados de simulação numérica 3D (curvas ID-VG, ID-VD, etc.) evidenciando as principais características de funcionamento do FinFET. É analisada a influência da espessura e dopagem do “fin” e do comprimento físico do canal em parâmetros importantes como a tensão de limiar e a inclinação de sublimiar. São consideradas e analisadas duas possibilidades de dopagens da área ativa do “fin”: (1) o caso em que esta pode ser considerada não dopada, sendo baixíssima a probabilidade da presença de dopantes ativos, e (2) o caso de um alto número de dopantes ativos (> 10 é provável). Uma comparação entre dois simuladores numéricos 3D de dispositivos é realizada no intuito de explicitar diferenças entre modelos de simulação e características de descrição de estruturas 3D. São apresentadas e analisadas medidas em dispositivos FinFET experimentais. Dois métodos de extração de resistência série parasita são utilizados em FinFETs simulados e caracterizados experimentalmente. Para finalizar, são resumidas as principais conclusões deste trabalho e são propostos os trabalhos futuros e novas diretivas na pesquisa dos transistores FinFETs. / This thesis presents the results of 3D-numerical simulation of electron transport in double-gate SOI-FinFETs in the decanometer size range. A basic review on the SOI technology and multiple gates MOSFETs is presented. The implementation of a chargesheet model for the fully-depleted SOI-MOSFET and a high frequency modeling of this device are first presented for a planar device topology. The second part of this work deals with FinFETs, a non-planar topology. The geometry of the silicon nano-wire (or “fin”) in this thesis is scaled down well below 100 nm, with fin thickness in the range of 10 to 20 nm. This work addresses the parameters for a viable 22 nm CMOS node, with electrical effective channel lengths below 20 nm. The basic 3D structure of the FinFET transistor is described in detail, then it is simulated with various device structural parameters, and results of 3D-numerical simulation (ID-VG curves, ID-VD, etc.), showing the main features of operation of this device, are presented. The impacts of varying silicon fin thicknesses, physical channel lengths, and silicon fin doping concentration on both the average threshold voltage and the subthreshold slope are investigated. With respect to the doping concentration, the discrete and highly statistical nature of impurity presence in the active area of the nanometer-range fin is considered in two limiting cases: (1) the zero-doping or undoped case, for highly improbable presence of active dopants, and (2) the many-dopants case, or high number (> 10 are probable) of active dopants in the device channel. A comparison between two 3D-numerical device simulators is performed in order to clarify differences between simulation models and features of the description of 3D structures. A structure for SOIFinFETs is optimized, for the undoped fin, showing its applicability for devices with electrical effective channel lengths below 20 nm. SOI-FinFET measurements were performed on experimental devices, analyzed and compared to device simulation results. This thesis uses parasitic resistance extraction methods that are tested in FinFET simulations and measurements. Finally, the main conclusions of this work are summarized and the future work and new directions in the FinFETs research are proposed.

Desde a década de 60, o aprimoramento das técnicas de fabricação de circuitos integrados que usam lógica binária tem levado ao aumento exponencial na densidade de dispositivos, melhoria do desempenho, redução da energia consumida e redução dos custos de fabricação dos circuitos integrados no estado da arte. Esse avanço tem sido alcançado historicamente pela miniaturização dos dispositivos que, já em escala nanométrica, começam a encontrar limites físicos para a sua redução. Com o intuito de dar continuidade ao avanço tecnológico, muitos trabalhos têm proposto a compactação da informação através do uso de lógica não binária como solução alternativa para a melhoria de desempenho de circuitos no estado da arte. Nesse sentido, diversos trabalhos foram desenvolvidos em diferentes tecnologias que vão de circuitos bipolares a dispositivos quânticos, entretanto, até o presente momento, nenhuma tecnologia demonstrou ao mesmo tempo os requisitos de desempenho, consumo, área e confiabilidade, necessários à aplicação em circuitos de alta escala de integração. Este trabalho apresenta uma nova família de circuitos de lógica quaternária com alto desempenho, baixos consumo e área e que usa tecnologia CMOS. Os circuitos desenvolvidos neste trabalho fazem uso de três fontes de alimentação e até oito diferentes transistores com diferentes tensões de limiar para realizar a lógica quaternária. São apresentados circuitos elementares como inversores e circuitos literais e com eles construídos circuitos aritméticos e multiplexadores. Os circuitos são simulados com a ferramenta SPICE usando a tecnologia TSMC 0,18 μm e os resultados são comparados com circuitos equivalentes em lógica binária. Na comparação de um somador completo quaternário de quatro bits, por exemplo, com o circuito equivalente em lógica binária, a implementação quaternária apresenta melhoria 55% na velocidade, 63% no consumo de potência e utiliza pouco mais de duas vezes o número de transistores. Este trabalho também propõe o uso de lógica quaternária em FPGA e são desenvolvidos blocos lógicos programáveis quaternários. Resultados de mapeamento lógico de circuitos aritméticos em blocos lógicos programáveis apresentam grande redução em área e consumo de potência na implementação quaternária quando comparado aos equivalentes binários. Em alguns circuitos quaternários, o consumo de potência e o número de transistores usados são reduzidos a 3% do consumo e do número de transistores usados nos circuitos equivalentes binários, enquanto o atraso crítico é duas vezes maior do que o atraso crítico binário. / Since the decade of 60, the improvement of techniques for manufacturing integrated circuits that use binary logic has led to the exponential increase in the density of devices, improving performance, reducing energy consumption and reducing costs of manufacture of integrated circuits in the state of the art. This breakthrough has been achieved historically by the miniaturization of devices, already in nano, starting to reach physical limits to their reduction. In order to give continuity to technological advancement, many studies have proposed the compaction of information through the use of non-binary logic as an alternative for the performance improvement of the state of the art circuits. Accordingly, several studies have been developed in different technologies ranging from bipolar circuits to quantum devices, however, at the moment, no technology demonstrated at the same time the performance requirements, consumption, area and reliability necessary for the application in very large scale of integration. This paper presents a new family of quaternary logic circuits with high performance, low consumption and area, which uses CMOS technology. The circuits developed in this work make use of three power supplies and up to eight different transistors with different threshold voltages, to perform the quaternary logic. Elementary circuits such as inverters and literal circuits are presented and used to implement multiplexers and arithmetic circuits. The circuits are simulated with the SPICE tool using TSMC 0.18 μm technology and the results are compared with equivalent circuits in binary logic. Comparison of a quaternary full adder of four bits, for example, with the equivalent circuit in binary logic shows 55% improvement in speed and 63% in the power consumption for the quaternary implementation and it uses little more than twice the number of transistors. This paper also proposes the use of quaternary logic in FPGA and quaternary configurable logic blocks are developed. Logical mapping results of arithmetic circuits in configurable logic blocks show great reduction in area and power consumption of the quaternary implementation compared to the equivalent binary. In some quaternary circuits, the consumption of power and the number of transistors used are reduced to 3% of consumption and the number of transistors used in the binary equivalent circuits, while the critical delay is two times higher than the binary critical delay.

Um chip conversor A/D (analógico/digital) foi utilizado para o desenvolvimento da tecnologia CMOS de 5 μm com poço tipo-p e porta de silício policristalino no Laboratório de Microeletrônica (LμE) do Instituto de Física da UFRGS. Vários equipamentos foram adquiridos ou fabricados para o desenvolvimento desta tecnologia. Após a fabricação do chip, medidas elétricas foram realizadas nos blocos lógicos do circuito e em estruturas de teste. Utilizando as ferramentas de simulação do pacote de software ISE-TCAD, o processo e os dispositivos foram simulados. Através das medidas elétricas dos dispositivos fabricados e de medidas realizadas durante o processo, foram obtidos os parâmetros da tecnologia CMOS, quais foram ajustados pelo software ADS ( Advanced Design System) utilizando o modelo SPICE nível 3. A análise dos parâmetros permitiu a verificar os principais ajustes a serem feitos na lista tecnológica, que foram a alta concentração de dopantes no poço e a alta resistência de folha nas regiões fonte/dreno do transistor PMOS. Como principal resultado deste trabalho, enfatizamos a integração da infra-estrutura entre o CAD de simulação de tecnologia e dispositivos e o conjunto de equipamentos na sala limpa do LμE, permitindo o desenvolvimento de diversas tecnologias e dispositivos micro-estruturados. / An analog-to-digital converter chip was fabricated with a new developed poly-Si gate 5μm p-well CMOS technology in the Laboratory of Microelectronics of Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. New equipments were purchased or built for the development of this technology. Test structures like p-type and n-type Poly-Si/SiO2/Si MOS capacitors, PMOS and NMOS transistors, inverter and output buffer were included in the chip design. The set of 8 chromium lithography masks was ordered from DuPont, USA. After processing the chip, electrical measurements of the test structures, and circuit modules were performed. The ISE_TCAD simulation software was used for technology adjustment. These simulations were used to obtain data like effective channel length, junction depth, and also to determine the critical steps of the technological process. Measurements in test wafers during processing, DC electrical measurements of the fabricated PMOS and NMOS transistors and Agilent ADS (Advanced Design System) software were used during the design parameters extraction, applying the SPICE level 3 model. The analysis of the collected data permitted the technology list verification and pointed two main problems: very high boron concentration in the well and high sheet resistance of source/drain regions of PMOS transistors. The main result of this work was the integration between the ISE_TCAD simulation tool and the installed set of equipments in the clean room of the Laboratory of Microelectronics, giving the necessary infrastructure for new technologies and microdevices developments.

Submitted by Amauri Alves (amauri.alves@ufv.br) on 2016-02-12T13:56:54Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1954226 bytes, checksum: 9ae13d3f843542097b6e3009a011d0ec (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-12T13:56:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1954226 bytes, checksum: 9ae13d3f843542097b6e3009a011d0ec (MD5) Previous issue date: 2015-04-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / lguns erros só acontecem quando o circuito é executado em sua velocidade real, assim, projetistas utilizam técnicas de depuração pós- silício para monitorar o circuito e capturar erros que ocorrem somente depois de milhões de ciclos de clock. Esse processo se tornou essencial e consome em média 35% do tempo de ciclo de desenvolvimento de um Circuito Integrado Digital. Na depuração pós-silício a limitação de observabilidade é um problema desafiador, e para identificar a causa de um erro o projetista inclui uma infraestrutura para depuração. Na técnica Trace Buffer alguns valores de sinais são armazenadas em uma memória de rastreamento, extraídos e analisados. O tamanho da memória de rastreamento restringe o número de sinais que podem ser analisados. A escolha do conjunto de sinais é essencial, porém é realizada antes mesmo de qualquer identificação de erro no projeto. Para possibilitar o monitoramento de diversos conjuntos de sinais, na indústria é utilizado uma rede de interconexão com- posto por multiplexadores encadeados (Mux Tree), que permite o projetista monitorar um subconjunto de todos os sinais que podem ser explorados. A arquitetura dessa rede não permite a seleção de qualquer conjunto de sinais, uma vez que sinais que passam pelos mesmos multiplexadores não podem ser monitorados juntos. Nesse trabalho é proposto uma nova rede de interconexão baseada na tradicional rede Ômega. A rede proposta pode ser utilizada como um dispositivo de interconexão para conectar os sinais monitorados à memória de rastreamento. Nesse trabalho é demonstrado que a rede Ômega assimétrica proposta pode reduzir em 4,5 vezes a taxa de bloqueio, ao custo de aumentar em 21% a área, se comparado à rede de Mux Tree. A rede Ômega assimétrica pode ser gerada utilizando a ferramenta proposta nesse trabalho, Vericonn, que também é capaz de gerar em Verilog outras redes assimétricas como: Redes Mux Tree, Clos e Crossbars. / Current pre-silicon verification techniques can not guarantee error free designs for complex integrated circuits during their first fabrication. Some errors are only uncovered when the device is running at full clock speed, thus, designers use post-silicon debug techniques to monitor the device, capturing errors that occur only after millions of clock cycles. This process has become essential and on average consumes 35% of the Digital Integrated Circuit development cycle. Observability limitation is a challenging problem in post-silicon debug, so to identify the root cause of an error, designers include an infrastructure for debug. In Trace Buffer technique, some signal values are stored in a Trace Buffer memory, dumped, and then analyzed. The Trace Buffer memory size limits the number of signals that can be analyzed. Choosing the signal set is an essential step, but it must be done prior to the identification of any design errors. To enable the monitoring of many sets of signals, industry uses an interconnection network composed by pipelined multiplexers (Mux Trees) that allows designers to monitor a signal subset from all tapped signals. The architecture of this network does not allow any signal subset because signals passing through the same multiplexers can not be monitored together. In this work, we propose a novel asymmetric network, based on the traditional Omega Network. We propose to use this network as an interconnection fabric to connect the monitored signals to the trace buffer. We demonstrate that our Asymmetric Omega Network is 4.5 times more effective reducing the blocking rate at the cost of 21% area overhead compared to Mux Trees. The proposed network can be generated with our tool, Vericonn, which is also capable to create others asymmetric networks like: Mux Trees, Clos Networks and Crossbars in Verilog HDL.

Este trabalho apresenta a implementação de um roteador global de circuitos integrados capaz de tratar os problemas de roteamento atuais, utilizando como referência para avaliação os circuitos de benchmark publicados durante as competições de roteamento global realizadas no ACM International Symposium on Physical Design 2007 e 2008. O roteador global desenvolvido utiliza como ferramenta principal a técnica de ripup and reroute associada às técnicas de roteamento monotônico e maze routing, ambas com grande histórico de uso nas ferramentas acadêmicas descritas também neste trabalho. O desenvolvimento da ferramenta também possui características diferenciadas e únicas, com um novo método de ordenamento das redes durante a fase de rip-up and reroute. Para a geração dos resultados foram definidas duas versões diferentes da ferramenta, sendo estas duas versões analisadas com duas diferentes técnicas de construção das árvores de roteamento, gerando no total quatro configurações da ferramenta. Como decisão de projeto, a versão principal utilizada no desenvolvimento e discussão dos resultados é a versão que prioriza a qualidade do roteamento, utilizando MSTs para construção das árvores de roteamento. Os resultados mostram que o roteador global desenvolvido é capaz de gerar resultados com boa qualidade mesmo sem fazer uso de técnicas de identificação de áreas de congestionamento, sem otimizações pós-roteamento e sem nenhuma forma de ajuste (tuning) para os diferentes circuitos de benchmark, apesar de ainda ter tempo de execução acima dos apresentados por outras ferramentas acadêmicas. O foco durante o processo de desenvolvimento e implementação da ferramenta foram os circuitos mais recentes, entretanto a ferramenta obteve ótimos resultados também para os circuitos publicados no ISPD 1998, gerando soluções com qualidade similar ou melhor que as reportadas na literatura. A diferença dos resultados deste trabalho em relação aos melhores resultados dos roteadores globais com código disponível, para circuitos 3D lançados no ISPD 2008 é de, em média, 1,78%1 na métrica de comprimento de fio sem considerar o custo das vias e de 15,56% considerando o custo da via como uma unidade de comprimento de fio (ISPD 2008), para a versão voltada a qualidade de roteamento. Já para a versão da ferramenta que busca a convergência o mais rápido possível a diferença foi de 3,39% e 16,32%, respectivamente. As maiores diferenças são encontradas nos circuitos mais difíceis de gerar uma solução sem violações. Isso mostra como as técnicas de identificação de região podem contribuir tanto para uma convergência mais rápida quanto para evitar que fios passem por rotas desnecessárias durante a fase de negociação. Na métrica que avalia as vias como custo de uma unidade de comprimento, os resultados obtidos apresentam em média 18,67% maior comprimento de fio que os melhores resultados da literatura, sendo que dois circuitos com solução sem violações2 apresentam resultado com violações utilizando a ferramenta desenvolvida neste trabalho. / This work describes the implementation of an integrated circuit global router capable of handling the current routing problems, using as a reference the evaluation of benchmark circuits from the two global routing contests held in ISPD 2007 and 2008. The developed global router uses rip-up and reroute as the main technique associated with monotonic and maze routing techniques, both with large history of use in academic tools, also described in this work. The tool also has distinctive and unique characteristics, with a new method of net ordering during the rip-up and reroute stage. In order to generate the results were defined two different versions of the tool analyzed with two different techniques of routing tree construction, generating a total of four configurations. As a design decision, the major version used in the development and discussion of results is the version that prioritizes the routing quality, using MSTs for tree construction. The results show that the global router developed is able to generate good results even without making use of techniques to identify congestion areas, without post-routing optimizations and without any form of tuning for the different benchmark circuits, despite having run time above other academic tools. The focus during the development and implementation of the tool were the newer circuits, however the tool also obtained excellent results for the circuits released in ISPD 1998, generating solutions with similar quality or better than those reported in the literature. The difference in the results of this work over the best results generated with the available code global routers for 3D circuits released in ISPD 2008 is, on average, 2.53% in wirelength metric without considering the cost of vias and 18.34% considering the cost of the vias as one wirelength unit (ISPD 2008), for the best routing quality version. As for the version of the tool that seeks convergence as soon as possible the difference was 3.82% and 17.03%, respectively. The largest differences were found in the most difficult circuits to generate a solution without violations. This shows how the techniques of congested region identification can contribute to both a faster convergence and to avoid unnecessary wire detours during the negotiation phase. In the metric that evaluates the cost of vias as one wirelength unit, the results show an average of 22.5% greater wirelength than the best results found in literature. Also, the developed global router was unable to find a violation free solution for two circuits that are known to have a violation free solution3.

Nas últimas décadas, o interesse na eletrônica flexível tem aumentado. Sistemas que apresentam benefícios, tais como: baixo custo, melhor desempenho, transparência, confiabilidade e melhores credenciais ecológicas, estão sendo extensivamente pesquisados por vários grupos. Os transistores de filmes-finos possuem potencial para alcançarem essas características. Dispositivos baseados em óxido de zinco (ZnO) tem atraído pesquisadores devido as suas propriedades elétricas, sensoriais e ópticas. Neste trabalho, nanopartículas de ZnO foram utilizadas como semicondutor ativo e cross-linked PVP (polivinilfenol) e PECVD-SiO2 (plasma enhanced chemical vapor deposition silicon dioxide) como dielétricos de porta para integrar transistores de filmes-finos. Este processo de integração tem por objetivo os pré-requisitos de baixo custo e baixa temperatura (<200°C). Por esta razão, a utilização de técnicas de integração simples, como o spin-coating ou a técnica de sidewall-etchback, foram utilizadas. Infelizmente, existem problemas relacionados à confiabilidade em dispositivos baseados em ZnO, entre eles a degradação no tempo ou a histerese. Após uma investigação experimental da histerese na característica de transferência, um modelo qualitativo para o comportamento observado é proposto. Observou-se que a direção da histerese é afetada pela variação da temperatura quando o dielétrico polimérico é usado. Baseando-se na caracterização dos transistores, a polarização do PVP, as armadilhas na superfície das nanopartículas e na interface com o dielétrico, bem como a liberação de moléculas de oxigênio da superfície das nanopartículas foram atribuídas como as principais causas da histerese. Além disso, uma flutuação discreta da corrente é observada em testes de estresse devido à captura e liberação de portadores em determinados caminhos de corrente no transistor, semelhante a random telegraph signal (RTS), relatado em MOSFET nanométricos. Este resultado suporta o hipotético mecanismo de transporte de elétrons (caminhos de percolação) em filmes compostos por ZnO nanoparticulado. / During the last decades, the interest in flexible electronics has arisen. Systems that present benefits such as low cost, improved performance, transparency, reliability and better environmental credential are being extensively researched by several groups. Thin-film transistors (TFT) have good potential concerning these technologies. Therefore, zinc oxide (ZnO) based devices have been attracting researchers for its electrical, sensory and optical properties. In this work, ZnO nanoparticles were used to integrate thin-film transistors, in which cross-linked PVP (Poly(4-vinylphenol)) and PECVD-SiO2 (plasma enhanced chemical vapor deposition silicon dioxide) were used as gate dielectric layer. The complete integration process targets low cost and low temperature requirements (< 200°C). For this reason, simple process techniques as spin-coating or sidewall-etchback were used. Unfortunately, there are different reliability concerns in ZnO devices, among them aging or hysteresis. An experimental investigation of the hysteresis in the transfer characteristic is performed, and a qualitative model for the observed behavior is proposed. It was observed that the hysteresis direction is affected by temperature variation when the polymeric dielectric is used. The PVP bulk polarization, the traps in nanoparticles and at the polymeric dielectric interface, as well as the desorption of oxygen molecules in the surface of the nanoparticles, were attributed as the main cause of the hysteretic behavior. Moreover, capture and release of charge carriers by traps at determined current paths in the transistor lead to discrete current fluctuations in stress tests, similar to random telegraph signal (RTS) reported in nanoscale MOSFET. This result supports the hypothesis of charge transport mechanism (percolation paths) in nanoparticulate ZnO.

Redes elétricas desempenham um papel fundamental no que tange à distribuição de energia elétrica. Entretanto, as redes elétricas convencionais são muito antigas, apresentando uma série de deficiências e inseguranças. Neste cenário surgem as redes elétricas inteligentes, mais conhecidas como smart grids. Smart grids são uma evolução para as redes elétricas tradicionais, apresentando como grande diferencial a presença intensiva de tecnologia de ponta para monitorar cada elemento que a compõe. Uma das principais características de smart grids é seu fluxo bidirecional de energia e informação, que permite a qualquer elemento tanto consumir quanto fornecer energia para a rede, seja um aerogerador ou mesmo uma residência. Tal característica vai de encontro à necessidade de se distribuir a produção energética, tornando-a mais robusta e tolerante a falhas. Uma tecnologia que surgiu em meio ao desenvolvimento de smart grids denomina-se Veículo-Para-Rede (V2G, do inglês Vehicle-To-Grid). Através de sessões V2G, veículos elétricos (EVs, em inglês electric vehicles) podem vender a energia de suas baterias para a rede, obtendo lucro com este procedimento. Existem duas vantagens nesta tecnologia. Por um lado, proprietários de EVs podem obter lucro com a venda de energia, reduzindo os custos de se manter seu veículo. Por outro lado, a rede como um todo se beneficia, pois as baterias podem ser utilizadas para aumentar a estabilidade da rede. Entretanto, para que estas vantagens sejam expressivas, é necessário utilizar-se de mecanismos para aumentar a eficiência do processo V2G, uma vez que baterias são muito caras. Uma alternativa que tem sido muito explorada é a formação de coalizões entre os EVs. A proposta deste trabalho é utilizar informações sobre o domínio de smart grids de modo a impor restrições no processo de formação de coalizões de EVs, visando à redução do espaço de busca de estruturas de coalizão. Especificamente, estabelece-se a distância máxima que pode haver entre dois EVs de uma mesma coalizão, através da qual é possível identificar e podar porções inválidas do espaço de busca. Para tanto, é proposto o algoritmo CPCSG, capaz de identificar restrições entre os EVs e de podar o espaço de busca. A abordagem proposta pode ser utilizada em conjunto com algoritmos de geração de estruturas de coalizão para torná-los mais rápidos e eficientes. Com base em experimentos, percebe-se que a abordagem proposta proporciona um ganho notável de desempenho e uma redução expressiva no uso de memória em relação a outros algoritmos para geração de estruturas de coalizão. Em geral, quanto mais restritiva a rede e quanto maior o número de agentes, maior será o percentual do espaço de busca passível de ser podado. Resultados mostram, ainda, que quando comparada com outros algoritmos de geração de estruturas de coalizão, a técnica proposta chega a superar o tempo dos demais em diversas ordens de magnitude. / Electric grids play a key role in the energy distribution process. However, conventional grids are very old, which causes the onset of weaknesses and uncertainties. In such a scenario the smart grid concept arises. Smart grids are an evolution to the ageing electric grids, whose major breakthrough is the intensive use of technology to monitor every element that comprises it. One of the main features of smart grids is its bi-directional flow of electricity and information, which allows any element to consume and even supply energy to the grid, regardless of being a wind turbine or even a residence. Such a characteristic meets the need to make the energy production more distributed, making it more robust and fault tolerant. Amidst the development of smart grids emerged the concept of Vehicle-To-Grid (V2G). Through V2G sessions, electric vehicles (EVs) can sell the surplus energy of their batteries to the grid, making a profit. Two advantages arise from this technology. First, EVs’ owners can make a profit from the sale of energy, reducing their vehicles’ maintenance cost. Second, the network as a whole is benefited as batteries could be used to increase the network stability. However, in order to benefit from such advantages, it is necessary the use mechanisms to increase the efficiency of the V2G process, since batteries are very expensive. One way that has been explored is the coalition formation among EVs. The proposal of this work is to use smart grids’ domain information to impose constraints on the coalition formation process in order to reduce the coalition structures’ search space. Specifically, we define a maximum distance that can exist between two EVs of a given coalition, through which it is possible to identify and prune invalid portions of the search space. To this end, we propose the CPCSG algorithm, which has the capability of identifying constraints among EVs and pruning the search space. The proposed approach can be used together with coalition structure generation algorithms to make them faster and more efficient. Based on experiments, it can be seen that our approach provides a noticeable performance gain and a significant memory usage reduction compared to other coalition structure generation algorithms. In general, the more restrictive the grid and the greater the number of agents, the greater the percentage of the search space that can be pruned. Results also show that when compared with other coalition structure generation algorithms, the proposed technique is able to overcome the other in time by several orders of magnitude.

[pt] O teste lógico de circuitos integrados VLSI é parte indispensável de sua fabricação e projeto. O enfoque pseudo-exaustivo para o teste lógico de circuitos integrados consiste em particionar o circuito original a ser testado em subcircuitos com um reduzido número de entradas, que são então testados em paralelo de forma exaustiva. Neste trabalho apresenta-se um algoritmo aproximado para o problema de particionamento de circuitos integrados combinacionais, baseado na metaheurística de busca tabu. O algoritmo proposto apresenta diversas características originais, tais como: o conceito de vizinhança reduzida, obtida por movimentos envolvendo apenas um subconjunto de nós de fronteira; movimentos complexos que induzem diversos movimentos resultantes, embora as variações na função de custo sejam facilmente calculáveis; uma função objetivo bi-critério combinando o número de circuitos e o número de cortes, que simultaneamente adiciona uma estratégia de diversificação à busca; e o uso de uma heurística de empacotamento como passo de pós-otimização. O desempenho do algoritmo proposto foi avaliado através de sua aplicação a um conjunto de circuitos computacionais ISCAS padronizados. Os resultados computacionais foram comparados com aqueles fornecidos pelos algoritmos conhecidos na literatura, obtendo-se melhorias significativas. As taxas de médias de redução foram da ordem de 30% para o número de subcircuitos na partição e de 40% para o número de cortes. / [en] The logical test of integrated VLSI circuits is one of the main phases of their design and fabrication. The pseudo-exhaustive approach for the logical test of integrated circuits consists in partitioning the original circuit to be tested into non-overlapping subcircuits with a small, bounded number of subcircuits, which are then exhaustively tested in parallel. In this work we present an approximate algorithm for the problem of partitioning integrated combinational circuits, based on the tabu search metaheuristic. The proposed algorithm presents several original features, such as: the use of a reduced neighborhood, obtained from moves involving only a subset of boundary nodes; complex moves which entail several resulting moves, although the variations in the cost function are very easily computable; a bi-criteria cost function combining the number of subcircuits and the number of cuts, which simultaneously adds a diversification strategy to the search; and the use of a bin-packing heuristic as a post-optimization step. The behavior of the proposed algorithm was evaluated through its application to a set of benchmark ISCAS combinational circuits. The computational results have been compared with those obtained by the other algorithms in the literature, with significant improvements. The average reduction rates have been of the order of 30% in the number of subcircuits in the partition, and of the order of 40% in the number of cuts.