Voltage and Temperature Aware Statistical Leakage Analysis Framework Using Artificial Neural Networks

Artificial neural networks (ANNs) have shown great promise in modeling circuit parameters for computer aided design applications. Leakage currents, which depend on process parameters, supply voltage and temperature can be modeled accurately with ANNs. However, the complex nature of the ANN model, with the standard sigmoidal activation functions, does not allow analytical expressions for its mean and variance. We propose the use of a new activation function that allows us to derive an analytical expression for the mean and a semi-analytical expression for the variance of the ANN-based leakage model. To the best of our knowledge this is the first result in this direction. Our neural network model also includes the voltage and temperature as input parameters, thereby enabling voltage and temperature aware statistical leakage analysis (SLA). All existing SLA frameworks are closely tied to the exponential polynomial leakage model and hence fail to work with sophisticated ANN models. In this paper, we also set up an SLA framework that can efficiently work with these ANN models. Results show that the cumulative distribution function of leakage current of ISCAS'85 circuits can be predicted accurately with the error in mean and standard deviation, compared to Monte Carlo-based simulations, being less than 1% and 2% respectively across a range of voltage and temperature values.

Test Application Time Minimization for RAS using Basis Optimization of Column Decoder

Random Access Scan, which addresses individual flip-flops in a design using a memory array like row and column decoder architecture, has recently attracted widespread attention, due to its potential for lower test application time, test data volume and test power dissipation when compared to traditional Serial Scan. This is because typically only a very limited number of random ``care'' bits in a test response need be modified to create the next test vector. Unlike traditional scan, most flip-flops need not be updated. Test application efficiency can be further improved by organizing the access by word instead of by bit. In this paper we present a new decoder structure that takes advantage of basis vectors and linear algebra to further significantly optimize test application in RAS by performing the write operations on multiple bits consecutively. Simulations performed on benchmark circuits show an average of 2-3 times speed up in test write time compared to conventional RAS.

On generating optimal signal probabilities for random tests: A genetic approach

Genetic Algorithms are robust search and optimization techniques. A Genetic Algorithm based approach for determining the optimal input distributions for generating random test vectors is proposed in the paper. A cost function based on the COP testability measure for determining the efficacy of the input distributions is discussed, A brief overview of Genetic Algorithms (GAs) and the specific details of our implementation are described. Experimental results based on ISCAS-85 benchmark circuits are presented. The performance pf our GA-based approach is compared with previous results. While the GA generates more efficient input distributions than the previous methods which are based on gradient descent search, the overheads of the GA in computing the input distributions are larger. To account for the relatively quick convergence of the gradient descent methods, we analyze the landscape of the COP-based cost function. We prove that the cost function is unimodal in the search space. This feature makes the cost function amenable to optimization by gradient-descent techniques as compared to random search methods such as Genetic Algorithms.

A low power, process invariant keeper design for high speed dynamic logic circuits

A low power keeper circuit using the concept of rate sensing has been proposed. The proposed technique reduces the amount of short circuit power dissipation in the domino gate by 70% compared to the conventional keeper technique. Also the total power-delay product is 26% lower compared to the previously reported techniques. The process tracking capability of the design enables the domino gate to achieve uniform delay across different process corners. This reduces the amount of short circuit power dissipation that occurs in the cascaded domino gates by 90%. The use of the proposed technique in the read path of a register file reduces the energy requirement by 26% as compared to the other keeper techniques. The proposed technique has been prototyped in 130nm CMOS technology.

Voltage and Temperature-Aware SSTA Using Neural Network Delay Model

With the emergence of voltage scaling as one of the most powerful power reduction techniques, it has been important to support voltage scalable statistical static timing analysis (SSTA) in deep submicrometer process nodes. In this paper, we propose a single delay model of logic gate using neural network which comprehensively captures process, voltage, and temperature variation along with input slew and output load. The number of simulation programs with integrated circuit emphasis (SPICE) required to create this model over a large voltage and temperature range is found to be modest and 4x less than that required for a conventional table-based approach with comparable accuracy. We show how the model can be used to derive sensitivities required for linear SSTA for an arbitrary voltage and temperature. Our experimentation on ISCAS 85 benchmarks across a voltage range of 0.9-1.1V shows that the average error in mean delay is less than 1.08% and average error in standard deviation is less than 2.85%. The errors in predicting the 99% and 1% probability point are 1.31% and 1%, respectively, with respect to SPICE. The two potential applications of voltage-aware SSTA have been presented, i.e., one for improving the accuracy of timing analysis by considering instance-specific voltage drops in power grids and the other for determining optimum supply voltage for target yield for dynamic voltage scaling applications.

A mostly-digital analog scan-out chain for low bandwidth voltage measurement for analog IP test

A method of precise measurement of on-chip analog voltages in a mostly-digital manner, with minimal overhead, is presented. A pair of clock signals is routed to the node of an analog voltage. This analog voltage controls the delay between this pair of clock signals, which is then measured in an all-digital manner using the technique of sub-sampling. This sub-sampling technique, having measurement time and accuracy trade-off, is well suited for low bandwidth signals. This concept is validated by designing delay cells, using current starved inverters in UMC 130nm CMOS process. Sub-mV accuracy is demonstrated for a measurement time of few seconds.

A power scalable receiver front-end at 2.4 GHz

We propose a Low Noise Amplifier (LNA) architecture for power scalable receiver front end (FE) for Zigbee. The motivation for power scalable receiver is to enable minimum power operation while meeting the run-time performance needed. We use simple models to find empirical relations between the available signal and interference levels to come up with required Noise Figure (NF) and 3rd order Intermodulation Product (IIP3) numbers. The architecture has two independent digital knobs to control the NF and IIP3. Acceptable input match while using adaptation has been achieved by using an Active Inductor configuration for the source degeneration inductor of the LNA. The low IF receiver front end (LNA with I and Q mixers) was fabricated in 130nm RFCMOS process and tested.

High Throughput, Low Latency, Memory Optimized 64K Point FFT Architecture using Novel Radix-4 Butterfly Unit

In this paper we propose a fully parallel 64K point radix-4(4) FFT processor. The radix-4(4) parallel unrolled architecture uses a novel radix-4 butterfly unit which takes all four inputs in parallel and can selectively produce one out of the four outputs. The radix-4(4) block can take all 256 inputs in parallel and can use the select control signals to generate one out of the 256 outputs. The resultant 64K point FFT processor shows significant reduction in intermediate memory but with increased hardware complexity. Compared to the state-of-art implementation 5], our architecture shows reduced latency with comparable throughput and area. The 64K point FFT architecture was synthesized using a 130nm CMOS technology which resulted in a throughput of 1.4 GSPS and latency of 47.7 mu s with a maximum clock frequency of 350MHz. When compared to 5], the latency is reduced by 303 mu s with 50.8% reduction in area.

A ecologia em miniatura: o menor tetrápodo do Brasil, Brachycephalus didactylus (Izecksohn, 1971) (Anura: Brachycephalidae) em uma área de Mata Atlântica no Espírito Santo, Sudeste do Brasil

O processo de miniaturização em anuros pode ter implicações ecológicas como, por exemplo, a redução no tamanho da ninhada produzida pelas fêmeas, o aumento do tamanho relativo dos ovos e o desenvolvimento direto. O consequente reduzido tamanho da boca tende também a constituir um fator limitante no consumo de presas por estes pequenos anuros, tornando acessível ao consumo apenas uma gama restrita de presas diminutas. Assim, estudamos parâmetros da ecologia de uma população do anuro Brachycephalus didactylus, em uma área de Mata Atlântica no sul do Espírito Santo, objetivando ampliar o conhecimento sobre tais parâmetros que compreenderam o dimorfismo sexual, algumas características da reprodução, a dieta e a relação com a disponibilidade de atrópodos no folhiço e uso do microhabitat. A amostragem dos dados ocorreu durante um ano, nas estações seca e chuvosa. Brachycephalus didactylus possuiu dimorfismo sexual, com fêmeas sendo maiores do que os machos. O maior tamanho atingido pelas fêmeas provavelmente resulta da seleção intrassexual atuando nas fêmeas para favorecer um maior investimento na massa dos ovos, já que a espécie possui um tamanho de ninhada consideravelmente reduzido (um a dois ovos). A dieta de B. didactylus foi composta por um espectro relativamente amplo de presas (17 itens), tendo elevadas proporções de pequenas presas como Acari e Collembola. O consumo de Formicidae (formigas) foi evitado por B. didactylus, apesar de essa presa ser a mais abundante no folhiço, o que categorizou o anuro como um "especialista em não comer formigas" ("non-ant specialist", sensu Toft 1980a). O reduzido tamanho da boca nas fêmeas de B. didactylus limitou o tamanho máximo de presas passíveis de serem ingeridas pelo anuro e restringindo-o ao consumo de presas pequenas, com maiores indivíduos consumindo um número maior de presas. Por fim, B. didactylus apresentou uma utilização essencialmente horizontal do hábitat, sendo mais frequentemente encontrado sobre o folhiço no chão da mata.

Determinação de uma fonte de contaminantes no estuário do Rio Macaé através da técnica de problemas inversos

Um grande desafio da atualidade é a preservação dos recursos hídricos, bem como o correto manejo dos mesmos, frente à expansão das cidades e às atividades humanas. A qualidade de um corpo hídrico é usualmente avaliada através da análise de parâmetros biológicos, físicos e químicos. O comportamento de tais parâmetros pode convenientemente ser simulado através de modelos matemáticos e computacionais, que surgem assim como uma ferramenta bastante útil, por sua capacidade de geração de cenários que possam embasar, por exemplo, tomadas de decisão. Nesta tese são discutidas técnicas de estimação da localização e intensidade de uma fonte de contaminante conservativo, hipoteticamente lançado na região predominantemente fluvial de um estuário. O lançamento aqui considerado se dá de forma pontual e contínua e a região enfocada compreendeu o estuário do Rio Macaé, localizado na costa norte do Rio de Janeiro. O trabalho compreende a solução de um problema direto, que consiste no transporte bidimensional (integrado na vertical) desse contaminante hipotético, bem como a aplicação de técnicas de problemas inversos. Para a solução do transporte do contaminante, aqui modelada pela versão 2D horizontal da equação de advecção-difusão, foram utilizados como métodos de discretização o Método de Elementos Finitos e o Método de Diferenças Finitas. Para o problema hidrodinâmico foram utilizados dados de uma solução já desenvolvida para estuário do Rio Macaé. Analisada a malha de acordo com o método de discretização, foram definidas a geometria do estuário e os parâmetros hidrodinâmicos e de transporte. Para a estimação dos parâmetros propostos foi utilizada a técnica de problemas inversos, com o uso dos métodos Luus-Jaakola, Algoritmo de Colisão de Partículas e Otimização por Colônia de Formigas para a estimação da localização e do método Seção Áurea para a estimação do parâmetro de intensidade da fonte. Para a definição de uma fonte, com o objetivo de propor um cenário experimental idealizado e de coleta de dados de amostragem, foi realizada a análise de sensibilidade quanto aos parâmetros a serem estimados. Como os dados de amostragem de concentração foram sintéticos, o problema inverso foi resolvido utilizando-os com e sem ruído, esse introduzido de forma artificial e aleatória. Sem o uso de ruído, os três métodos mostraram-se igualmente eficientes, com uma estimação precisa em 95% das execuções. Já com o uso de dados de amostragem com ruídos de 5%, o método Luus-Jaakola mostrou-se mais eficiente em esforço e custo computacional, embora todos tenham estimado precisamente a fonte em 80% das execuções. Considerando os resultados alcançados neste trabalho tem-se que é possível estimar uma fonte de constituintes, quanto à sua localização e intensidade, através da técnica de problemas inversos. Além disso, os métodos aplicados mostraram-se eficientes na estimação de tais parâmetros, com estimações precisas para a maioria de suas execuções. Sendo assim, o estudo do comportamento de contaminantes, e principalmente da identificação de fontes externas, torna-se uma importante ferramenta para a gestão dos recursos hídricos, possibilitando, inclusive, a identificação de possíveis responsáveis por passivos ambientais.

Comportamento de forrageamento de Xiphorhynchus fuscus (Aves: Dendrocolaptidae): uma comparação entre áreas de Mata Atlântica de ilha e continente

Mudanças de nicho entre ilhas e continente, ou entre diferentes ilhas, incluem expansões de habitat e faixas mais amplas de estratos verticais de forrageamento. Organismos estão geralmente aptos a explorar apenas uma porção dos recursos que se encontra disponível no ambiente. A maneira como partilham esses recursos, além de definir seu nicho ecológico, pode indicar como as interações entre as espécies influenciam na estrutura da comunidade. Estas espécies, por sua vez, encontram-se associadas por suas relações de alimentação. Entre aves, diferentes espécies se associam para explorar recursos alimentares em agregações como a de espécies que seguem correição de formigas ou em bandos mistos. A associação de aves a bandos mistos tem sido relacionada à diminuição da predação e aumento da eficiência do forrageamento. Nesse tipo de associação, as espécies são categorizadas de acordo com a sua frequência e importância, e podem contribuir com a formação, coesão e manutenção do bando. O presente estudo teve como objetivo comparar o comportamento de forrageamento de Xiphorhynchus fuscus entre áreas de Mata Atlântica de ilha e continente a fim de investigar se existem diferenças em decorrência do isolamento. Foram realizadas transecções e observado o comportamento de forrageamento da espécie entre áreas de ilha e continente adjacente. Os resultados mostram uma diferença nos uso dos estratos verticais entre ilha e continente e entre indivíduos forrageando solitários e em bandos mistos de aves. A maior amplitude dos estratos verticais na ilha e a restrição deles no continente pela espécie, ao forragear solitariamente, indicam um provável efeito relacionado à competição. As diferenças entre o uso dos estratos verticais entre ilha e continente indicam a influência da composição das espécies em bandos mistos no estrato vertical utilizado por X. fuscus quando associado a estes. A menor adesão de X. fuscus a bandos mistos em ilha indica que a ausência de espécies de aves consideradas responsáveis pela associação das espécies e sua manutenção em bandos mistos seja responsável pela diferença encontrada em relação ao continente. Portanto, a diferença entre o número de espécies entre ilha e continente (com menor número na ilha) parece ser preponderante na utilização dos estratos verticais de forrageamento por X. fuscus estando ele associado a bandos mistos ou não

Sistemas inteligentes aplicados à coordenação da proteção de sistemas elétricos industriais com relés digitais.

Atualmente existem diferentes ferramentas computacionais para auxílio nos estudos de coordenação da proteção, que permitem traçar as curvas dos relés, de acordo com os parâmetros escolhidos pelos projetistas. Entretanto, o processo de escolha das curvas consideradas aceitáveis, com um elevado número de possibilidades e variáveis envolvidas, além de complexo, requer simplificações e iterações do tipo tentativa e erro. Neste processo, são fatores fundamentais tanto a experiência e o conhecimento do especialista, quanto um árduo trabalho, sendo que a coordenação da proteção é qualificada pela IEEE Std. 242 como sendo mais uma arte do que uma ciência. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo genético e de um algoritmo inspirado em otimização por colônia de formigas, para automatizar e otimizar a coordenação da função de sobrecorrente de fase de relés digitais microprocessados (IEDs), em subestações industriais. Seis estudos de caso, obtidos a partir de um modelo de banco de dados, baseado em um sistema elétrico industrial real, são avaliados. Os algoritmos desenvolvidos geraram, em todos os estudos de caso, curvas coordenadas, atendendo a todas as restrições previamente estabelecidas e as diferenças temporais de atuação dos relés, no valor de corrente de curto circuito trifásica, apresentaram-se muito próximas do estabelecido como ótimo. As ferramentas desenvolvidas demonstraram potencialidade quando aplicadas nos estudos de coordenação da proteção, tendo resultados positivos na melhoria da segurança das instalações, das pessoas, da continuidade do processo e do impedimento de emissões prejudiciais ao meio ambiente.

Lygia Pape e Hélio Oiticica: conversações e fricções poéticas

Este trabalho visa examinar as obras: o ovo, divisor, roda dos prazeres, tecelares, tteia n 1, caixa de baratas, caixa de formigas, caixa brasil, ballets neoconcretos, new houses e os filmes e vídeos experimentais de Lygia Pape, em conexões poéticas com os parangolés, penetráveis, bilaterais, relevos espaciais, metaesquemas, núcleos, bólides, cosmococas e a tropicália de Hélio Oiticica. A análise é feita a partir do interesse antropológico dos citados artistas, do seu comprometimento com a formação de uma linguagem-Brasil e do forte experimentalismo de suas proposições; enfoca o movimento, a questão cromática, a construção de mundos, o papel do espectador em seus trabalhos, além da presença da adversidade brasileira como estímulo para as suas produções. Sendo assim, obras como o divisor, as tecelares, a tteia n 1, os parangolés e penetráveis são referidas em diferentes momentos do texto, uma vez que lidam com várias das questões propostas, enquanto trabalhos como os metaesquemas, as bilaterais e os relevos espaciais, aparecem somente em um capítulo, sendo analisadas por apenas um viés, embora existam outras possibilidades. Para embasar as leituras visuais, são utilizadas como fontes bibliográficas os textos e entrevistas dos artistas, além de escritos dos teóricos Aby Warburg, Georges Didi-Huberman, Stanley Cavell, Vilém Flusser, Ronaldo Brito, Guy Brett, Rodrigo Naves, Paola Berenstein Jacques, Michel Collot, entre outros.

High efficiency and broad bandwidth grating coupler between nanophotonic waveguide and fibre

A high efficiency and broad bandwidth grating coupler between a silicon-on-insulator (SOI) nanophotonic waveguide and fibre is designed and fabricated. Coupling efficiencies of 46% and 25% at a wavelength of 1.55 mu m are achieved by simulation and experiment, respectively. An optical 3 dB bandwidth of 45 nm from 1530 nm to 1575 nm is also obtained in experiment. Numerical calculation shows that a tolerance to fabrication error of 10 nm in etch depth is achievable. The measurement results indicate that the alignment error of +/-2 mu m results in less than 1 dB additional coupling loss.