In recent years, the demand for robust and high-performance edge devices has increased dramatically due to smart home and automation control applications. Typically, to design an edge device, chip designers use an extra timing margin to ensure the device's operation under the worst-case condition. However, this approach can lead to reduced performance and energy efficiency. Globally asynchronous locally synchronous system (GALS) can be used as an alternative approach to ensure the device operation while maintaining device performance. This paper presents an energy-efficient asynchronous interface with delay-insensitive protocol for data transfer between the synchronous island in the GALS system. As the prior delay-insensitive interface consumes significant energy and only supports short wire connection, two additional techniques are used to reduce interface energy and improve robustness. First, a non-return to zero handshaking scheme with half-swing signaling is used to reduce interface latency. Additionally, adaptive timing control is implemented to improve interface robustness. As a result, our energy-efficient asynchronous interface implemented using TSMC 65nm GP technology achieved 2.3x higher bandwidth and consumed 3.1x less energy than the prior delay-insensitive asynchronous interface.
최근 스마트 홈 및 자동화 제어 애플리케이션으로 인해 견고하고 고성능의 에지 장치에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 일반적으로 에지 장치를 설계하기 위해 칩 설계자는 추가 타이밍 마진을 사용하여 최악의 상황에서 장치의 작동을 보장한다. 그러나 이러한 접근 방식은 성능 및 에너지 효율 저하로 이어질 수 있다. 글로벌 비동기 로컬 동기화 시스템(GALS)은 장치 성능을 유지하면서 장치 작동을 보장하는 대안적 접근 방식으로 사용될 수 있다. 이 논문은 GALS 시스템의 동기식 섬 간 데이터 전송을 위한 지연에 민감하지 않은 프로토콜이 있는 에너지 효율적인 비동기 인터페이스를 제시한다. 이전의 지연에 민감하지 않은 인터페이스는 상당한 에너지를 소비하고 짧은 와이어 연결만 지원하기 때문에, 인터페이스 에너지를 줄이고 견고성을 향상시키기 위해 두 가지 추가 기술이 사용된다. 첫째, 인터페이스 대기 시간을 줄이기 위해 하프 스윙 신호와 함께 0으로 돌아가지 않는 핸드셰이킹 체계를 사용한다. 또한 인터페이스 견고성을 향상시키기 위해 적응형 타이밍 제어를 구현했다. 그 결과 TSMC 65nm GP 기술을 사용하여 구현된 에너지 효율적인 비동기 인터페이스는 이전의 지연에 민감하지 않은 비동기 인터페이스보다 2.3배 높은 대역폭을 달성하고 3.1배 적은 에너지를 소비했다.
