Schaltungsarchitecturen

Schaltungsarchitekturen, auch bekannt als Schaltungsdesign oder Logikdesign, bezieht sich auf die Struktur und Organisation von integrierten Schaltungen (ICs). Sie beschreibt, wie die verschiedenen Komponenten einer Schaltung, wie Transistoren, Widerstände und Kondensatoren, miteinander verbunden sind, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Die Wahl der Schaltungsarchitektur hat erhebliche Auswirkungen auf die Leistung, den Stromverbrauch, die Größe und die Kosten des resultierenden ICs.

Es gibt verschiedene Arten von Schaltungsarchitekturen, die grob in analoge und digitale Architekturen unterteilt werden können. Analoge Architekturen werden für Schaltungen verwendet, die kontinuierliche Signale verarbeiten, wie z.B. Verstärker oder Filter. Digitale Architekturen sind für Schaltungen konzipiert, die diskrete Werte, typischerweise binäre 0en und 1en, verarbeiten und sind die Grundlage für Mikroprozessoren, Speicher und Logikgatter.

Innerhalb der digitalen Welt gibt es weitere Unterteilungen, wie z.B. Gate-Level-Architekturen, Register-Transfer-Level (RTL)-Architekturen und Abstraktionsebenen wie die Algorithmische Zustandsmaschin (ASM). Die Gate-Level-Architektur ist die detaillierteste und beschreibt die Schaltung in Bezug auf elementare Logikgatter. RTL beschreibt den Datenfluss zwischen Registern und die logischen Operationen, die darauf angewendet werden, und ist eine gängige Ebene für die Hardwarebeschreibungssprache (HDL) wie VHDL oder Verilog.

Bei der Entwicklung von Schaltungen müssen Ingenieure Kompromisse zwischen verschiedenen Leistungsmetriken eingehen. Zum Beispiel kann eine Schaltung mit höherer Geschwindigkeit zu einem höheren Stromverbrauch führen. Die Optimierung der Schaltungsarchitektur ist ein iterativer Prozess, der darauf abzielt, die gewünschte Funktionalität mit den gegebenen Einschränkungen zu erreichen. Moderne ICs können Millionen oder sogar Milliarden von Transistoren enthalten, was die Komplexität des Schaltungsdesigns erheblich erhöht.