Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования

1. Введение 2. Системы на основе продукционных баз знаний 3. Системы параметрической оптимизации 4. Интегрированные подходы 5. Системы топологического синтеза 6. Выводы д.т.н., проф. Л.А. Зинченко

Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования 1. Введение 2. Системы на основе продукционных баз знаний 3. Системы параметрической оптимизации 4. Интегрированные подходы 5. Системы топологического синтеза 6. Выводы

Seite 4 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Введение Эволюционное проектирование электронных и электрических цепей – новая область научных исследований, базирующаяся на исследованиях в эволюционной биологии, теории цепей и теории алгоритмов. Теория цепей Эволюционная биология Теория алгоритмов Эвол. проектир.

Seite 5 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Введение. Программное и аппаратное эволюционное проектирование Проектные требования Генерация множества решений.R Моделирование Проектные требования удовлетворены? Да Нет Описание решений (SPICE) Проектные требования Программируемые микросхемы Установка начальной конфигурации Установка параметров измерительной аппаратуры Измерительная аппаратура Проектные требования удовлетворены? Да Аппаратное решение Нет Обновление конфигурации 10110

Seite 6 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Введение. Алгоритм проектирования цифро-аналоговых интегральных схем Идея Системное проектирование Проектирование архитектуры Схемотехническое проектирование стандартных ячеек Проектирование топологии стандартных ячеек Проектирование топологии интегральной схемы Производство и тестирование Выбор топологии Выбор параметров

Seite 7 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben 1. Введение 2. Системы на основе продукционных баз знаний 3. Системы параметрической оптимизации 4. Интегрированные подходы 5. Системы топологического синтеза 6. Выводы

Seite 8 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Системы на основе продукционных баз знаний Выбор топологии из базы знаний по заданному сценарию проектирования База знаний Проектные требования Назначение параметров схемы в соответствие со сценарием проектирования Описание проектного решения Сценарий проектирования

Seite 9 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Системы на основе продукционных баз знаний #Система проектированиеТип цепейЧисло транзисторовОсобенности 1BLADESОперационные усилители20Экспертные знания о правилах соединения фрагментов церей и выбора параметров цепей 2OASYSОперационные усилители20Экспертные знания по правилам построения цепей и выбора параметров цепей 3PADОперационные усилители20Экспертные знания по правилам построения цепей и выбор параметров цепей в некотором диапазоне 4CAIRO+Усилители20Пользователь определяет правила построения цепей на специальном языке

Seite 10 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben 1. Введение 2. Системы на основе продукционных баз знаний 3. Системы параметрической оптимизации 4. Интегрированные подходы 5. Системы топологического синтеза 6. Выводы

Seite 11 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Параметрическая оптимизация Оптимизация параметров схемы Исходное решение Оценка вариантов решений Оптимизированное решение Варианты решений Проектные требования удовлетворены? Проектные требования Да Нет

Seite 12 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Параметрическая оптимизация #Система проектированиеТип цепейЧисло транзисторовОсобенности 1MAELSTROMОперационные усилители30Комбинация генетических алгоритмов и моделирования отжига 2ANACONDAОперационные усилители, усилители мощности 40Поиск по образцу в множества альтернативных решений 3OPTIMANУсилители20Моделирование отжига и символьные модели 4ASFОперационные усилители, усилители мощности 40Моделирование отжига с методом спуска 5CYCLONELC-генераторы4Моделирование отжига 6M-DESIGNУсилители мощности4Оптимизация на основе дифференциальной эволюции 7Analog IC synthesis tool (Turkey) Операционные усилители, преобразователи тока, усилители 40Комбинация моделирование отжига и эволюционных стратегий 8ASTRX/OBLXУсилители30Моделирование отжига

Seite 13 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Коммерческие средства параметрической оптимизации #Система проектированияКомпанияОсобенности 1NeoCircuitCadenceКомбинация генетических алгоритмов и моделирования отжига 2Circuit ExplorerSynopsysМногокритериальная оптимизация 3Barcelona Design Оптимизация на основе аналитических методов

Seite 14 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben 1. Введение 2. Системы на основе продукционных баз знаний 3. Системы параметрической оптимизации 4. Интегрированные подходы 5. Системы топологического синтеза 6. Выводы

Seite 15 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Интегрированные подходы #Система проектированиеТип цепейЧисло транзисторовОсобенности 1OPASYNОперационные усилители40Выбор из 5 возможных топологий с последующей оптимизацией параметров на основе градиентных методов 2AMGIEСтандартные ячейки (усилители); функциональный уровень (детектор) Иерархически 26 ( ) Выбор из набора возможных топологий с последующей аналитической оптимизацией 3DARWINОперационные усилители20Выбор из 24 возможных топологий с последующей оптимизацией на основе генетических алгоритмов 4SEASОперационные усилители15Комбинирование отдельных фрагментов с последующей параметрической оптимизацией на основе моделирования отжига

Seite 16 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben 1. Введение 2. Системы на основе продукционных баз знаний 3. Системы параметрической оптимизации 4. Интегрированные подходы 5. Системы топологического синтеза 6. Выводы

Seite 17 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Структурная схема систем топологического синтеза, основанных на генетическом программировании Создание исходного решения (многополюсника) Проектные требования Оценка возможных решений Множество решений Проектные требования удовлетворены? Да Нет Изменение текущих решений на основе эвристических правил SER R1R2 …

Seite 18 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Подходы к топологическому синтезу на основе генетического программирования #АвторыТип цепейЧисло компонентовОсобенности 1Koza et alФильтры, усилители, датчики температуры 20 Генетическое программирование; не имеющие физического смысла решения 2Toumazou et alУсилители20Генетическое программирование с верификацией полученных проектных решений 3Vieira et alФильтры, нелинейные цепи20Генетическое проектирование с генерацией только корректных решений

Seite 19 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Структурная схема систем топологического синтеза, основанных на генетических алгоритмах Генерация закодированных возможных решений … Проектные требования Оценка возможных решений Множество решений Проектные требования удовлетворены? Да Нет Преобразование в фенотип.R … Генерация новых возможных решений …

Seite 20 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Подходы к топологическому синтезу на основе генетических алгоритмов #АвторыТип цепейЧисло компонентовОсобенности 1Lohn et alФильтры, усилители20Генетические алгоритмы с использованием определенных правил генерации (cc-bot instructions) 2Zebulum et alФильтрыГенетические алгоритмы с представлением решения произвольной длины 3Iba et alФильтры20Генетические алгоритмы с представлением решения на основе списка компонентов 4Chakrabarti et alКомпараторы, генераторы20Генетические алгоритмы с представлением решения в виде комбинации отдельных фрагментов 5Floreano et alФильтры, датчики температуры 20Генетические алгоритмы с использованием специального кодирования связей

Seite 21 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Структурная схема систем топологического синтеза, основанных на эволюционных вероятностных алгоритмах Генерация первоначального вероятностного распределения Проектные требования Моделирование Множество решений Проектные требования удовлетворены? Да Нет Генерация возможных решений на основе вероятностного распределения Построение новой модели распределения

Seite 22 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Подходы к топологическому синтезу на основе эволюционных вероятностных алгоритмов #АвторыТип цепейЧисло компонентовОсобенности 1Tamplin et alФильтры20 Оптимизация на основе моделирования колоний муравьев 2Coelo et al Комбинационные цепи 20 Оптимизация на основе частично распределнного интеллекта 3Gallagher et al Контроллеры на основе нейронных сетей FPGA Virtex Оптимизация на основе компактного генетического алгоритма 4Mülenbein et alФильтры, сенсоры20Оптимизация на основе одновариантного алгоритма распределения

Seite 23 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben 1. Введение 2. Системы на основе продукционных баз знаний 3. Системы параметрической оптимизации 4. Интегрированные подходы 5. Системы топологического синтеза 6. Выводы

Seite 24 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Выводы -Эволюционное проектирование радиоприемных и радиопередающих устройств активно используется в промышленности и в научных исследованиях; - В настоящее время только эволюционное проектирование способно решать задачи творческого синтеза - При проектировании на основе эволюционных вычислений возможно оптимизация с учетом различных критериев (DFM, DFR и т.д.)

Seite 25 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Приложение

Seite 26 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Ресурсы Конференции -Конференции по эволюционной электронике - Конференции с секциями по эволюционной электронике Литература -Журналы -Книги -Web ресурсы

Seite 27 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Конференции по эволюционной электронике Прошедшие - International Conference on Evolvable Systems ICES05 September 12-14, 2005, Barcelona, Spain - 1st NASA/ESA Conference on Adaptive Hardware and Systems (AHS-2006) June , 2006, Hilton Istanbul, Turkey Предстоящие: - NASA/ESA Conference on Adaptive Hardware and Systems (AHS-2007) August 5-6, 2007, Edinburgh, UK - International Conference on Evolvable Systems ICES07, 6-8 April 2007, Wuhan, China

Seite 28 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Конференции с секциями по эволюционной электронике Прошедшие: IEEE World Congress on Computational Intelligence, July 16 – 21, 2006, Vancouver, Canada - Genetic and Evolutionary Computation Conference July 8 -12, 2006, Seattle, USA Предстоящие: - EuroGP2007 & EvoCOP2007, incorporating EvoWorkshops April, 2007, Valencia, Spain

Seite 29 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Журналы Genetic Programming and Evolvable Machines: IEEE Transactions on Evolutionary Computation: Evolutionary Computation Journal (MIT Press) : International Journal of SMART ENGINEERING SYSTEM DESIGN Тематические номера журналов: Soft Computing Journal IEE Proceedings Computer-Digital Techniques

Seite 30 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Книги Thompson, A., Hardware Evolution: Automatic design of electronic circuits in reconfigurable hardware by artificial evolution, Springer-Verlag, 1998, Zebulum et Al, Evolutionary Electronics: Automatic Design of Electronic Circuits and Systems by Genetic Algorithms, CRC Press, Sekanina, L., Evolvable Components From Theory to Hardware Implementations, Springer, 2003, John Koza, Genetic Programming: On the Programming of Computers by Means of Natural Selection MIT Press, 1992; John Koza, Genetic Programming II: Automatic Discovery of Reusable Programs MIT Press, 1994.

Seite 31 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Книги John Koza, Genetic Programming III: Darwinian Invention and Problem Solving Morgan Kaufmann Publishers, John Koza, Genetic Programming IV: Routine Human-Competitive Machine Intelligence published by KluwerAcademic Publishers, Goldberg, D., Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning, Addison- Wesley Publishing Company, Inc., Reading, Massachusetts, Higuchi, T., Evolvable Hardware and its Applications, chapter in Computational Intelligence The Expert Speak by Fogeland Robinson, IEEE Press, Miller, J. F., Thomson, P., and Fogarty, T., Designing Electronic Circuits Using Evolutionary Algorithms. Arithmetic Circuits: A Case Study, chapter 6 in Genetic Algorithms Recent Advancements and Industrial Applications. Wiley, 1997.

Seite 32 Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования Archivierungsangaben Web ресурсы EvoWeb, website of EvoNet-the European Network of Excellence in Evolutionary Computing