socs: system on chips le ultime sfide in fatto di nanotecnologie
TRANSCRIPT
![Page 1: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/1.jpg)
SoCs: System On Chips
Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie
![Page 2: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/2.jpg)
Premessa: La Nanotecnologia Creare minuscoli microchip manipolando gli
atomi o esplorando nuove frontiere dell’elettronica nell’infinitamente piccolo grazie alle proprietà della fisica quantistica: sono le strade della tecnologia di domani su cui puntano già i più avanzati centri di ricerca, dai Bell Labs ai laboratori Ibm di Armonk. Anche la Silicon Valley sta vivendo una nuova stagione, lo testimonia la nascita di alucne prime start-up come Nantero (che produce memorie flash basate su nanotubi di carbonio).
![Page 3: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/3.jpg)
Il computer quantistico
Si basa sui “qbit” (quantum bit), che permettono capacità di calcolo molto superiori a quelle del computer tradizionale.
Il “qbit” é una struttura che permette di far calcolo trovandosi in uno stato che è allo stesso tempo sia 1 sia 0.
Esso sfrutterà le proprietà elettroniche dei “nanotubi”, fogli di carbonio avvolti che hanno le stesse capacità di un transistor.
![Page 4: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/4.jpg)
Le caratteristiche principali dei Nanotubi
Diametro: da 0,6 a 1,8 nanometri (le piste di un circuito stampato non sono di diametro inferiore ai 50 nanometri).
Corrente: la capacità di trasporto viene stimata in un miliardo di ampere per centimetro quadro (i cavi di rame fondono a un milione di ampere per centimetro quadro).
Calore: trasmettono 6000 watt per metro per kelvin (il diamante puro trasmette 3320 watt per metro per kelvin).
![Page 5: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/5.jpg)
Le caratteristiche principali dei Nanotubi (2)
Densità: da 1,3 a 1,4 grammi per centimetro cubo (l'alluminio ha una densità pari a 2,7 per centimetro cubo).
Resistenza: 45 miliardi di pascal (la miglior lega di acciaio si frattura a 2 miliardi di pascal).
Stabilità: fino a 2800 gradi C nel vuoto (i microchip fondono fra i 600 e i 1000 gradi C).
Costi: 1500 dollari al grammo alla BuckyUSA di Huston (l'oro costa circa 10 dollari al grammo).
![Page 6: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/6.jpg)
Usando circuiti costituiti da nanotubi per costruire computer, si è calcolato che la frequenza operativa di una CPU potrà tranquillamente arrivare ad 1 TeraHertz (1000 GigaHertz) ed oltre.
Ricordiamo che un Pentium 4, oggi, arriva circa a 2 GigaHertz.
In Pratica…
![Page 7: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/7.jpg)
Luca Benini e Giovanni De Micheli
Sono due professori universitari che propongono degli standard da usare nella progettazione delle architetture dei SoC. Nel loro articolo si analizzano i problemi che dovranno affrontare i futuri designers e programmatori e cercano di delineare una soluzione semplice ma sicura.
![Page 8: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/8.jpg)
I SoCs sono la soluzione alle future sfide riguardo:
Telecomunicazioni
Elettronica di consumo
Multimedia
![Page 9: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/9.jpg)
Cosa è un SoC e che tecnologie usa
Un SoC è un chip che contiene al suo interno delle componenti microelettroniche che lavorano scambiandosi dati tra di loro.
I SoC sono attualmente formati da nanotubi, strutture in carbonio che hanno incredibili particolarità interessanti per l’informatica…
![Page 10: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/10.jpg)
Analisi delle difficoltà
Fornire operazioni sicure e affidabili tra i componenti
Stando attenti ai limiti fisici dei collegamenti e delle dimensioni dei componenti
Occuparsi del controllo della correttezza del flusso informativo tra i componenti dei SoC
![Page 11: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/11.jpg)
Analisi delle difficoltà (2)
Gestire il nondeterminismo delle operazioni e dello scambio di dati. Il modello da usare deve essere necessariamente Stocastico
Controllare il rumore elettronico
![Page 12: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/12.jpg)
Soluzioni
Prendere in prestito..
nell’architettura i modelli di progettazione dei sistemi multiprocessore
nei protocolli i modelli di progettazione delle reti.
![Page 13: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/13.jpg)
Reti dei SoC e Reti di telecomunicazioni
Località dei componenti Viceversa
Meno determinismo Poca incertezza statistica
Piccola richiesta di energia Diverso bisogni di energia
Particolarità nella progettazione
Sta tutto in una piastrina di silicone
Le reti sono influenzate dalle dimensioni delle strutture.
L’architettura può essere sviluppata dai disegnatori a seconda della classe dell’applicazione.
![Page 14: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/14.jpg)
Considerazioni Sull’energia: se la quantità di calcolo e di
memoria usata diminuiscono, non si abbassa la quantità di energia richiesta. Anzi, da come dimostra “Wiring Delays”, l’attuale progettazione basata su tecniche di ottimizzazione dei ritardi chiederanno sempre maggior dispendio di energia.
Si teorizza che l’attenzione su come consumare meno energia aumenterà in futuro.
![Page 15: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/15.jpg)
Progettazione della rete
I modelli di progettazione della rete da usare nei SoC devono provenire da quelli usati nei sistemi multiprocessore per elaborazione in parallelo.
3 tipi di reti:
1. Reti a mezzo condiviso (Shared medium networks)
2. Reti Dirette e Indirette (Direct - Indirect)
3. Reti Ibride (Hybrid networks)
![Page 16: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/16.jpg)
Reti a mezzo condiviso (Shared medium networks)
Tutti i componenti condividono il mezzo trasmissivo
Supporto completo del broadcast Comunicazione asimmetrica (meno
ricevono, più trasmettono) Meccanismi di arbitrio del BUS Scalabilità ristretta Alto costo energetico
![Page 17: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/17.jpg)
Reti Dirette e Indirette (Direct - Indirect)
1. Dirette (reti punto-punto) Superano il problema della scalabilità Uso dei router nelle microunità
computazionali (stessi meccanismi delle reti di telecomunicazioni)
2. Indirette L’adattatore di rete associato ad ogni nodo si
connette alla porta di uno switch Gli switches non fanno operazioni nel
processare i dati, ma creano solo un percorso che può cambiare nel tempo.
![Page 18: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/18.jpg)
Hybrid Networks
Combinano accoppiando le caratteristiche delle reti a mezzo condiviso con quelle Dirette e Indirette.
![Page 19: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/19.jpg)
Algoritmi di controllo della rete
I protocolli da utilizzare devono provenire dall’esempio delle reti, che sono già ottimizzate per fornire un servizio affidabile e sicuro.
![Page 20: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/20.jpg)
I componenti di un SoC dialogano tra di loro, sfruttando una rete che per essere amministrata potrà usare un micronetwork stack, un adattamento del protocol stack.
Physical wiring
Architecture and Control TransportNetwork
Data Link
Software Application
System
![Page 21: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/21.jpg)
Micronetwork Control Esistono 3 livelli di architettura delle
microreti:
Transport
Network
Data Link
![Page 22: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/22.jpg)
Data Link Layer
Si occupa della sincronizzazione (meccanismi di arbitrio del bus), cerca di rendere meno nondeterministico il sistema e contiene protocolli che limitano gli errori e permettono il recupero delle informazioni perse.
![Page 23: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/23.jpg)
Network layer
Questo livello implementa il controllo della consegna dei dati nelle reti punto punto. Contiene gli algoritmi di routing, gestisce i router e gli switch.
![Page 24: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/24.jpg)
Transport layer
Si occupa della pacchettizzazione dei dati, suddividendo il messaggio in partenza e riassemblandolo all’arrivo.
![Page 25: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/25.jpg)
Sviluppi Futuri
Crediamo che le architetture e i protocolli possano essere “ritagliati e incollati” in vari modi, per distinguere tra le classi di un’applicazione, o la configurazione di un sistema.
![Page 26: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/26.jpg)
Software layers
Le architetture di rete e gli algoritmi di controllo costituiscono le infrastrutture e forniscono servizi a tutti i nodi. Questi servizi sono programmabili, e il software creato può essere di due tipi:
1. Software di Sistema
2. Software Applicativo.
![Page 27: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/27.jpg)
Conclusione
Nonostante le numerose sfide, noi crediamo che gli siluppatori troveranno soluzioni adeguate ai problemi della progettazione delle reti SoCs. Allo stesso tempo, crediamo che l’unica via percorribile sia quella di seguire le linee guida qui esposte, per amministrare la complessità dei sistemi SoCs negli anni a venire.
![Page 28: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/28.jpg)
La Legge di Moore
I transistor in silicio più veloci oggi disponibili, sono stati realizzati dai ricercatori di Intel. Grazie a questi transistor verso il 2007 Intel sarà in grado di realizzare microprocessori contenenti un miliardo di transistor e operanti a 20 GHz e a meno di 1 volt.
Gerald Marcyk, Director del Components Research Lab nel Technology and Manufacturing Group di Intel: "La nostra ricerca sui transistor dimostra che siamo in grado di prolungare la crescita prevista dalla Legge di Moore per almeno altre tre generazioni oltre le attuali tecnologie".
![Page 29: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/29.jpg)
Tutt’oggi:
Sono 3 i fronti verso cui si sta orientando la ricerca:
1. Le nanotecnologie
2. Il computer ottico
3. Il computer quantistico
![Page 30: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/30.jpg)
Ma quella che si affermerà prima sarà probabilmente la nanotecnologia “Perché permettono di usare le stesse
architetture dei chip tradizionali, ma con un ingombro che sarà mille volte minore. Il limite fisico del transistor di silicio è di dieci nanometri. Si potranno mettere cento volte di più componenti in un centimetro quadrato e si comincerà a utilizzare la terza dimensione, costruendo chip cubici, a più strati. ”
<Federico Faggin>
![Page 31: SoCs: System On Chips Le ultime sfide in fatto di nanotecnologie](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062701/5542eb4e497959361e8bd795/html5/thumbnails/31.jpg)
Bibliografia
Networks on Chips: A New SoC Paradigm – Luca Benini, Giovanni De Micheli
Dalle nanotecnologie al computer quantistico – Federico Faggin
I transitor oggi più veloci – Intel Pressroom Il prodigioso futuro: dalla Microelettronica alla
Nanotecnologia – Ernesto Hoffman(IBM Italia)