Capítulo Treze: Projeto de Circuitos Integrados

— Mestre, onde eu devo colocar esses dois sacos de arroz? — perguntou Fu Xin, um pouco ofegante, carregando os sacos nos ombros, entrando de repente e assustando Xiao Hei, que estava acendendo a fogueira, e o velho ancião, que segurava a pá para cozinhar.

O velho parou o que estava fazendo e indicou o grande pote onde guardava o arroz, dizendo: — Pode colocar ao lado deste pote de arroz.

Percebendo algo estranho, ele perguntou novamente: — Fu Xin, você trouxe dois sacos de arroz para cima, e o gravador que você trouxe, onde está?

Fu Xin resmungou pelo nariz e respondeu: — Está ainda no carro lá embaixo. Eu preciso descer mais uma vez. Também trouxe alguns quilos de carne, duas vasilhas de óleo, três sacos de sal e uma caixa de bebidas, tudo no carro. Vou buscar e subir agora.

— Irmão mais velho, deixa eu te ajudar! — Xiao Hei falou de repente.

Fu Xin balançou a cabeça e disse: — Não precisa, consigo carregar tudo de uma vez.

— Não se esforce demais! — o velho ancião lançou-lhe um olhar e então ordenou a Xiao Hei: — Vá ajudar seu irmão a pegar as coisas. O gravador e a caixa de bebidas são frágeis, se ele carregar tudo sozinho, temo que possa derrubar.

Após pensar um pouco, talvez reconhecendo que realmente não conseguiria levar tanto, Fu Xin não recusou mais e disse a Xiao Hei: — Se você quiser, venha me ajudar.

— Xiao Hei, será que você tem algum trauma psicológico? — Fu Xin perguntou enquanto desciam a montanha. — Não é que você não entenda as coisas do mundo, mas parece que não quer se comunicar com ninguém.

Xiao Hei hesitou por um momento, lembrando-se da ordem do velho, reuniu coragem e abaixou a cabeça, dizendo: — Hum... — e ficou em silêncio.

Vendo isso, Fu Xin concluiu que Xiao Hei tinha algum segredo difícil de contar e mudou de assunto: — Xiao Hei, em quais áreas dos circuitos integrados você entende melhor?

Ao falar sobre sua área de especialidade, Xiao Hei parecia muito mais confiante e, olhando nos olhos de Fu Xin, respondeu: — Como meu avô me ensinou com recursos limitados, atualmente sou melhor na fase de design funcional.

Fu Xin entendeu claramente: essa fase consiste em definir, com base no uso do produto, especificações como funções, velocidade de operação, padrões de interface, temperatura ambiente e consumo de energia, que servem de base para o design do circuito. Também traça a divisão entre módulos de software e hardware, decidindo quais funções integrar no SOC e quais ficarão na placa de circuito.

Em sua memória, o design de circuitos integrados se divide em design de hardware de chip e design colaborativo de software. O design de hardware envolve cinco etapas: design funcional, descrição e verificação comportamental, síntese lógica, verificação em nível de portas e layout e roteamento. O design colaborativo de software também tem cinco fases: design de circuito, pré-simulação, design de layout, pós-simulação e processamento subsequente.

No design de hardware, após o design funcional, o SOC pode ser dividido em vários módulos funcionais, escolhendo os núcleos IP para implementar essas funções. Essa fase afeta a arquitetura interna do SOC, a interação entre módulos e a confiabilidade do produto futuro. Após definir os módulos, pode-se usar linguagens de descrição de hardware como VHDL para implementar o design, e simular a funcionalidade com simuladores VHDL.

Confirmada a descrição correta, usa-se a ferramenta de síntese lógica (sintetizador), que requer uma biblioteca apropriada de células lógicas como referência para sintetizar o circuito. O estilo de escrita do código HDL influencia muito a eficiência da síntese, pois as ferramentas suportam um conjunto limitado da linguagem; algumas sintaxes abstratas só servem para simulação, não para síntese. A síntese lógica gera a rede de portas a nível de portas lógicas.

Depois vem a verificação em nível de portas, que é a verificação a nível de transferência de registradores, para confirmar se o circuito sintetizado atende aos requisitos funcionais, geralmente feita com ferramentas de verificação a nível de portas.

Por fim, o layout e roteamento consistem em alocar os módulos no chip e traçar as conexões entre eles. As conexões entre módulos tendem a ser longas, causando atrasos que afetam o desempenho do SOC, especialmente em processos acima de 0,25 micrômetros.

Na co-design de software, o design de circuito é baseado na função do circuito. A pré-simulação simula o funcionamento do circuito, incluindo consumo de energia, corrente, tensão, temperatura, slew rate e características de entrada e saída.

Depois vem o design do layout, que consiste em desenhar o layout com base no circuito projetado. A pós-simulação testa o layout e compara com a pré-simulação; se não atender aos requisitos, o layout deve ser ajustado ou redesenhado. O processamento subsequente gera o arquivo GDSII para envio à fundição para fabricação. Atualmente, essas dez etapas em dois grandes estágios são difíceis de realizar e ainda pouco compreendidas.

— Ah, irmão mais velho, eu entendo bastante sobre circuitos integrados para televisão: circuitos integrados de varredura horizontal e vertical, circuitos intermediários, de áudio, conversores AV/TV, fontes chaveadas, decodificadores de som, processadores de imagem em imagem, memórias integradas e outros. Posso fazer todos esses, até circuitos integrados para televisores coloridos, que são os decodificadores de cor. O que ainda me deixa confuso são os circuitos integrados para microprocessadores. Será que isso é útil para você? — Xiao Hei falou baixando a cabeça.

— Como não seria útil? É extremamente útil! — Fu Xin exclamou internamente, surpreso e feliz. Estava preocupado que a Hua Xing tivesse apenas um tipo de gravador, mas agora, antes mesmo de Xiao Hei estar sob sua tutela, ele já lhe trouxe um presente valioso.

Excitado, Fu Xin esqueceu que Xiao Hei era tímido e bateu forte no ombro dele, dizendo: — Xiao Hei, você é realmente um talento! Esses circuitos integrados para televisão são muito úteis para mim e para a Hua Xing! Eu estava errado, subestimei você. Peço desculpas! — e abaixou a cabeça respeitosamente.

Xiao Hei, como uma garota, corou e também abaixou a cabeça.

Fu Xin continuou: — Circuitos integrados para microprocessadores não são simples, exigem muita pesquisa e recursos. Isso pode esperar, porque as TVs atuais não exigem tanto. Se você conseguir fazer os outros, já fico muito feliz! Ah, Xiao Hei, você sabe fazer circuitos integrados para controle remoto?

— Circuitos integrados para controle remoto? São aqueles usados em aparelhos pequenos, com muitos botões para controlar um dispositivo? — perguntou Xiao Hei, intrigado.

Fu Xin assentiu: — Sim, são usados nos controles remotos. Quero usar isso para controlar a televisão, é o tipo que emite ondas de luz infravermelha por um diodo emissor, que o receptor infravermelho capta e converte em sinal elétrico; o processador decodifica o sinal e executa comandos para controlar dispositivos como set-top boxes.

— Luz infravermelha? — Xiao Hei questionou desconfiado — Isso não está certo. Meu avô disse que usavam ultrassom para controle, pois cada botão emite uma frequência diferente, permitindo controlar canais e volume.

Sem querer, ele revelou um segredo, pois dispositivos semicondutores para emissão e recepção de infravermelho só foram inventados em 1980 e não existiam no país, sendo restritos a centros de pesquisa avançados, desconhecidos do público.

Fu Xin tentou encobrir: — Ah, você sabe como é a minha memória. Vi sobre esses dispositivos de infravermelho em uma revista estrangeira recentemente.

— Eles funcionam emitindo ondas de luz infravermelha por um diodo, que o receptor converte em sinal elétrico, que o processador decodifica e interpreta para controlar dispositivos como set-top boxes. Aqui ainda não temos isso.

— Ah! Irmão, você pode me emprestar essa revista para eu ver? — Xiao Hei, como Lu Jun, era um fanático por tecnologia. Ao ouvir algo novo, manifestou grande interesse e não manteve mais aquela atitude distante.

Fu Xin não tinha a revista e respondeu sem jeito: — Vi isso em Hong Kong há poucos dias. Não existe essa revista no país, nem circula aqui. Não consegui trazer comigo, então...

— Ah! — Xiao Hei ficou muito desapontado, parecia um sonho distante.

Vendo a tristeza de Xiao Hei, Fu Xin o consolou: — Não fique triste, Xiao Hei. Já entendi quase tudo sobre esses dispositivos infravermelhos. Posso te explicar.

Os olhos de Xiao Hei brilharam, cheio de expectativa, aguardando a explicação.

Ao chegarem à base da montanha e sem papel nem caneta para desenhar e explicar o circuito, Fu Xin disse: — Chegamos. Vamos levar as coisas para cima primeiro. Essa explicação dos dispositivos infravermelhos é difícil sem desenhar o circuito. Não tenho como explicar só de cabeça.

— Entendo! — Xiao Hei, embora ansioso por aprender, sabia que estudar requer cuidado, então concordou.

— Aqui, pegue esta caixa de bebidas e leve para cima — disse Fu Xin, abrindo a porta do carro e entregando a caixa a Xiao Hei.

— Me dá mais, eu consigo carregar! — Xiao Hei segurou firme a caixa, pedindo mais.

Fu Xin balançou a mão, recusando a oferta. (Continua...)