Введение
Глава 1. Исследование подходов к оптимизации энергопотребления КМОП СБИС 15
1.1 Классификация источников энергопотребления в КМОП СБИС 15
1.1.1 Динамическая составляющая мощности 15
1.1.2 Статическая составляющая мощности 18
1.1.3 Соотношение между составляющими мощности для различных топологических норм 21
1.2. Систематизация методов снижения энергопотребления на различных этапах проектирования КМОП СБИС 23
1.2.1 Приборно-технологический уровень 23
1.2.2 Схемотехнический уровень 26
1.2.3 Функционально-логический уровень 29
1.2.4 Системный и алгоритмический уровни 34
1.3. Маршруты проектирования с пониженной потребляемой мощностью в современных САПР 39
Выводы 42
Глава 2. Исследование и разработка базовых элементов для энергоэффективных СБИС 43
2.1 Классификация библиотек базовых элементов для создания МОП СБИС43
2.2 Специализированные базовые элементы при построении энергоэффективных КМОП СБИС 44
2.3 Использование нескольких пороговых напряжений (Multi-VTH) 45
2.4. Метод кластерного изменения напряжения питания 47
2.5. Разработка специализированных базовых элементов для СБИС с кластерным изменением напряжения питания 51
2.5.1 Преобразователи уровня сигнала для реализации кластерного изменения напряжения питания. 51
2.5.2 Разработка схем преобразователей уровня сигнала 55
2.5.3 Исследование эффективности преобразователей уровня сигнала со стандартным D-триггером 58
2.5.4 Использование специальных триггеров-преобразователей 61
2.5.5 Схемотехническое моделирование и анализ схем триггеров-преобразователей 65
2.6 Анализ эффективности кластерного изменения напряжения питания 68
2.7 Интеграция преобразователей уровня и триггеров-преобразователей в разрабатываемые СБИС 72
Выводы 75
Глава 3. Методы построения энергоэффективных мобильных устройств с интегрированными функциями защиты информации 76
3.1 Проблемы построения мобильных устройств с ультранизким энергопотреблением 76
3.1.1 Беспроводные сенсорные сети 77
3.1.2 Устройства для радиочастотной идентификации 80
3.2 Вопросы безопасности портативных устройств 81
3.3 Структура системы с функциями защиты информации 82
3.4 Реализация функций проверки целостности и подлинности данных в беспроводных сенсорных сетях 83
3.5 Разработка алгоритмов защиты информации с учетом потребляемой мощности 85
3.5.1 Структура алгоритмов защиты информации 85
3.5.2 Функциональные примитивы для построения блоков защиты информации 88
3.5.3 Разработка подсистемы памяти для СФ-блоков зашиты информации91
3.5.4 Практическая реализация блоков защиты информации 91
3.6 Критерии энергоэффективности алгоритмов защиты информации 93
Выводы 96
Глава 4. Разработка и анализ СФ-блоков защиты информации с интеграцией метода КИНП в маршрут проектирования 97
4.1 Интеграция метода КИНП в маршрут проектирования цифровых СБИС на основе стандартных ячеек 97
4.2. Разработка стандартных цифровых блоков с пониженной потребляемой мощностью 99
4.2.1 Блоки арифметических вычислений 99
4.2.2 Блок памяти типа FIFO 102
4.2.3 Анализ эффективности метода проектирования с пониженной потребляемой мощностью 103
4.2 Использование хэш-функций для обеспечения целостности и подлинности данных 103
4.2.1. Теоретические основы хэширования 103
4.2.2 Хэш-функции MD5 и SHA-1 105
4.2.4 Хэш-функция по ГОСТ Р 33.11-94 107
4.2.5 Сравнительный анализ 107
4.3 Хэш-функции семейства New Hashing 108
4.3.1 Математическое определение функции New Hashing (NH) 108
4.3.2 Модификация NH с использованием модулярной арифметики Polynomial Hashing (PH) 109
4.3.2 Анализ криптографической стойкости рассматриваемых хэш-функций 109
4.3.3 Модифицированная хэш-функция Polynomial Hashing Modified (PHM) 111
4.3.4 Вопросы криптографической стойкости хэш-функции PHM 112
4.4 Разработка аппаратных блоков хэширования данных 113
4.4.1 Аппаратный блок на базе хэш-функции NH 113
4.4.2 Аппаратный блок на базе хэш-функции PH 113
4.4.3 Аппаратный блок на базе хэш-функции PHM 114
4.4.4 Верификация разработанных функциональных блоков 115
4.5 Аппаратная реализация разработанных блоков в базисе технологических
библиотек стандартных элементов 116
4.5.1 Маршрут проектирования блоков защиты информации с оптимизацией энергопотребления 116
4.5.2 Результаты синтеза аппаратных блоков хэширования 117
4.5.3. Характеристики СФ-блоков при проектировании с использованием
метода КИНП 118
Выводы 121
Заключение 122
Список литературы 126
Приложение 135
