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Synthetisierbarer Dual-Rail-Methodik

IP.com Disclosure Number: IPCOM000020702D
Original Publication Date: 2004-Jan-25
Included in the Prior Art Database: 2004-Jan-25
Document File: 3 page(s) / 140K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Aufgrund der aktuellen SPA/DPA-Angriffe (Single Power Attack / Differential Power Attack) ist es fuer Hochsicherheitsanwendungen notwendig, eine integrierte Schaltung so zu gestalten, dass ihr Stromverbrauch nicht von den momentan prozessierten Daten abhaengt. In dem traditionellen Schaltungsentwurf entspricht einem logischen Signal (Eins/Null) genau einer physikalischen Leitung auf dem Chip (Strom an/aus). Diese Entwurfstechnik wird Single-Rail genannt, der Stromverbrauch ist abhaengig von den momentan prozessierten Daten. Um den datenunabhaengigen Stromverbrauch in Schaltungen zu erreichen, wurde eine Technik namens „Dual-Rail with Pre-/Discharge“ eingefuehrt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie bei richtiger Implementierung ein datenunabhaengiges Stromprofil liefert. D.h. unabhaengig von den Eingangsdaten A und B (00, 10, 01 oder 11) eines Gatters, fliesst zur Erzeugung des Ergebnisses immer derselbe Strom. Dazu werden zu jedem logischen Signal A bzw. B immer jeweils zwei physikalische Leitungen gelegt: A und AN bzw. B und BN. Wobei A und B das jeweilige Signal, bzw. AN und BN das jeweils logisch invertierte Signal darstellen. Diese beiden physikalischen Leitungen werden zu Beginn eines jeden Taktes, in dem eine Berechnung durchgefuehrt werden soll, auf einen festgelegten Wert gesetzt (Null oder Eins). Die schraffierten Bereiche in Abb. 1 stellen diese Precharge-Phasen (hier Discharge-Phasen) dar. Dadurch wird in jedem Takt nur eine steigende Flanke erzeugt - die Kreise stellen die steigenden Flanken dar - und nur diese sind in erster Naeherung fuer einen Stromfluss verantwortlich.

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Synthetisierbarer Dual-Rail-Methodik

Idea: Manfred Roth, DE-Muenchen

Aufgrund der aktuellen SPA/DPA-Angriffe (Single Power Attack / Differential Power Attack) ist es fuer Hochsicherheitsanwendungen notwendig, eine integrierte Schaltung so zu gestalten, dass ihr Stromverbrauch nicht von den momentan prozessierten Daten abhaengt. In dem traditionellen Schaltungsentwurf entspricht einem logischen Signal (Eins/Null) genau einer physikalischen Leitung auf dem Chip (Strom an/aus). Diese Entwurfstechnik wird Single-Rail genannt, der Stromverbrauch ist abhaengig von den momentan prozessierten Daten. Um den datenunabhaengigen Stromverbrauch in Schaltungen zu erreichen, wurde eine Technik namens "Dual-Rail with Pre-/Discharge" eingefuehrt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie bei richtiger Implementierung ein datenunabhaengiges Stromprofil liefert. D.h. unabhaengig von den Eingangsdaten A und B (00, 10, 01 oder 11) eines Gatters, fliesst zur Erzeugung des Ergebnisses immer derselbe Strom. Dazu werden zu jedem logischen Signal A bzw. B immer jeweils zwei physikalische Leitungen gelegt: A und AN bzw. B und BN. Wobei A und B das jeweilige Signal, bzw. AN und BN das jeweils logisch invertierte Signal darstellen. Diese beiden physikalischen Leitungen werden zu Beginn eines jeden Taktes, in dem eine Berechnung durchgefuehrt werden soll, auf einen festgelegten Wert gesetzt (Null oder Eins). Die schraffierten Bereiche in Abb. 1 stellen diese Precharge-Phasen (hier Discharge-Phasen) dar. Dadurch wird in jedem Takt nur eine steigende Flanke erzeugt - die Kreise stellen die steigenden Flanken dar - und nur diese sind in erster Naeherung fuer einen Stromfluss verantwortlich.

Das Design der integrierten Schaltung kann entweder nach der Full-Custom- oder der Semi-Custom- Methodik (auch Semi-Custom-Flow genannt) erstellt werden. In der Full-Custom-Methodik wird die Schaltung einzeln aus Grundbausteinen (logische Gatter und Transistoren) aufgebaut. In der Semi- Custom-Methodik hingegen wird das logische Verhalten einer Schaltung spezifiziert, z.B. mit einer Beschreibungssprache wie VHDL (VHSIC HDL, engl. Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language). Spezielle Programme (Synthese-Programme genannt) uebersetzen dieses Verhalten anschliessende in einem zweiten Schritt in die Grundbausteine. Diese Synthese- Programme erzeugen einzelne logische Signale, die im Chip physikalisch durch eine einzige Leitung repraesentiert werden. Da in der Dual-Rail-Methodik immer zwei Leitungen pro logischem Signal benoetigt werden, sind diese Synthese-Programme nicht zur Uebersetzung von Dual-Rail-Konzepten einsetzbar.

Das hier vorgeschlagene Verfahren sieht eine Realisierung von Dual-Rail-Schaltungen in der Semi- Custom-Methodik vor. So koennen weiterhin herkoemmlichen Entwicklungsumgebungen und Synthese-Programme Verwendung finden.

Das Ver...