BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Digital Signal Processor (DSP) merupakan satu jenis prosesor dari sekian banyak prosesor yang mengimplementasikan Harvard Architecture, yang berkembang dan dikembangkan secara terus menerus. DSP juga merupakan mikroprosesor jenis khusus dengan arsitektur yang dioptimalkan untuk signal processing[1]. Telah dibuktikan dengan akselerasi hardware yang dijadikan strategi dari implementasi untuk DSP dan multimedia processing. Struktur dari unit komputasi di dalam DSP dirancang khusus untuk memungkinkan kinerja tinggi dari suatu operasi secara fleksibel[1]. DSP juga mempunyai beberapa tipe yang beragam dan juga keunggulannya dikembangkan sesuai dengan kebutuhan, terutama dalam pengimplementasiannya secara nyata seperti pengolahan musik[2]. Prosesor Multimedia merupakan salah satu DSP yang menjadi perhatian. Multimedia processing yang ada sampai saat ini telah berkembang cepat, terutama dalam proses kecepatan memproses suatu operasi atau instruksi, dikarenakan telah dilakukan penambahan instruksi khusus pada arsitektur set instruksi nya, terutama pada mikroprosesor modern[3] yang berkembang saat ini. Sebuah set instruksi yang dirancang memungkinkan untuk menulis setiap operasi yang lebih kompleks dari instruksi instruksi dasar[4]. Instruction Set Architecture (ISA) adalah sebuah antarmuka metafisik antara sistem tingkat rendah dari mesin dan perangkat keras yang berisi semua informasi tentang mesin, yang diperlukan untuk menulis sebuah program untuk mesin[5]. ISA didefinisikan juga sebagai arsitektur yang menjelaskan proses kerja dari instruksi yang ada pada suatu prosesor, dari cara prosesor mengambil data untuk diolah dan menghasilkan suatu keluaran sampai menjelaskan tentang ukuran dari suatu prosesor[5]. Prosesor Multimedia juga membutuhkan ISA yang dapat mendukung multimedia processing. Mixing audio adalah salah satu dari sekian banyak multimedia 1
processing yang membutuhkan ISA yang cocok dan mendukung untuk melakukan proses mixing pada audio. Mixing merupakan proses dimana sinyal audio dari modul input dijumlahkan dan kemudian diolah oleh equalizer[6]. Very Large Scale IC (VLSI) merupakan proses pembuatan Integrated Circuit (IC) dengan menggabungkan ribuan bahkan jutaan sirkuit transistor kedalam satu chip kecil. VLSI dikenal juga sebagai teknik miniaturisasi sebuah microchip yang berisi jutaan transistor[7]. Semua transistor harus ditempatkan dengan benar dan terhubung sehingga seluruh rangkaian dapat beroperasi pada frekuensi tinggi secara selaras. Konsumsi daya pada suatu sirkuit perlu dikurangi[8]. VLSI desain terkait erat dengan proses fabrikasi. VLSI dapat diimplementasikan untuk setiap microchip atau mikroprosesor, karena hal tersebut, Prosesor Multimedia juga dapat diterapkan dalam bentuk layout VLSI, khususnya Prosesor Multimedia yang berkemampuan untuk mixing audio. Tugas Akhir ini mengangkat topik mengenai desain layout VLSI yang diterapkan untuk Instruction Set Architecture (ISA) pada Prosesor Multimedia, dalam Tugas Akhir ini dirancang ISA yang dapat mendukung proses mixing audio. Tools yang digunakan untuk perancangan layout VLSI adalah Electric VLSI dan yosys guna membantu dalam melakukan proses sintesis program Verilog HDL dalam bentuk behavioral ke bentuk gate level (Netlist) dan disimulasikan secara fungsional dari setiap komponen yang dirancang, pengujian dilakukan agar mengetahui kebenaran dan keakuratan dari layout ditingkat logika. FPGA Board Altera Cyclone II digunakan untuk membantu proses simulasi. Maka dari itu penulis memberi judul Tugas Akhir ini yaitu Perancangan Layout VLSI untuk Instruction Set Architecture (ISA) pada Prosesor Multimedia. 2
1.2. Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam pembuatan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: a) Spesifikasi dan efisiensi 16 bit instruksi yang dihasilkan dari Instruction Set Architecture yang dirancang. b) Efisiensi ukuran layout dengan teknologi 300nm. 1.3. Tujuan Tujuan dari pembuatan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: a) Menentukan arsitektur set instruksi yang tepat pada Prosesor Multimedia yang dirancang. b) Melakukan perancangan layout VLSI untuk ISA pada Prosesor Multimedia. c) Mengetahui kebenaran pada tingkat logika dari layout yang dirancang secara fungsional. d) Mengetahui ukuran layout yang dirancng untuk ISA pada Prosesor Multimedia. e) Mengetahui kebutuhan clock maksimum yang diperlukan untuk memproses penggabungan audio. 1.4. Batasan Masalah a) Proses perancangan hanya sampai batas perancangan layout. b) Bahasa pemograman yang digunakan adalah Verilog HDL. c) FPGA Altera DE1 Board Cyclone II hanya digunakan sebagai alat bantu dalam melakukan simulasi. d) Data audio disimpan pada ROM sebagai I/O. e) Audio yang diolah telah ditentukan sebelumnya. f) Audio yang diolah sebanyak dua jenis audio. g) Durasi audio yang diolah kurang dari sama dengan 10 detik. h) Instruksi yang dirancang memiliki panjang yang sama. i) Perancangan dan pembahasan dilakukan secara digital. 3
1.5. Metodologi Penelitian Metodologi dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini terdiri dari beberapa tahapan yaitu: a) Identifikasi masalah penelitian Pada tahap ini dilakukan identifikasi dan state of the art dari permasalahan yang ada menggunakan studi literatur sebagai berikut: - Mempelajari teori ISA untuk Prosesor Multimedia atau DSP. - Mempelajari Electric VLSI. - Mempelajari Yosys. - Mempelajari bahasa Verilog HDL. b) Mengadakan diskusi Setelah mendapatkan analisis data dari studi literatur, penulis melakukan diskusi dengan Dosen Pembimbing I dan Dosen Pembimbing II serta teman kelompok Tugas Akhir. c) Perancangan sistem Proses perancangan yaitu untuk mengetahui bagaimana sistem bekerja. Langkah ini dilakukan untuk mempermudah dalam simulasi dan alasisa kebenaran ditingakt logika. d) Pengujian sistem Pada tahap ini dilakukan pengujian secara fungsional terhadap sistem yang telah dirancang menggabungkan Electric VLSI. Pada pengujian ini penulis memvalidasi hasil penelitian dengan mempertimbangkan parameter pengujian. e) Analisis data Data yang digunakan merupakan data yang didapatkan dari hasil pengukuran layout dan delay yang didapat dari hasil perancangan. Analisis yang dilakukan yaitu hasil perancangan dengan teori yang ada. f) Penyimpulan hasil Pada tahap ini penentuan kesimpulan penelitian berdasarkan data-data hasil percobaan dan capaian untuk menjawab tujuan penelitian. g) Penyusunan laporan Tugas Akhir 4
Pada tahap ini dilakukan penyusunan laporan akhir dan pengumpulan dokumentasi yang diperlukan, format penulisan laporan mengikuti kaidah penulisan yang ditentukan oleh institusi. 1.6. Sistematika Penulisan Penulisan Tugas Akhir ini dibagi dalam beberapa bagian sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang Tugas Akhir, rumusan masalah, tujuan Tugas Akhir, dan batasan masalah dari Tugas Akhir. Serta metodologi penelitian dan sistematika penulisan yang digunakan dalam Tugas Akhir ini. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi penjelasan mengenai beberapa teori penunjang yang mendukung dan mendasari penyusunan Tugas Akhir ini yaitu menjelaskan mengenai cara kerja sistem dan masing-masing komponen perangkat lunak. BAB III PERANCANGAN Bab ini membahas mengenai semua hal yang berkaitan dengan proses perancangan sistem yang berhubungan dengan Tugas Akhir ini. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Bab ini membahas tentang skenario pengujian yang kemudian dianalisis sesuai parameter pengujian sehingga diperoleh suatu data yang diinginkan. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan akhir dari perancangan sistem, pengujian, dan analisis yang diperoleh serta saran dan harapan untuk pengembangan lebih lanjut. 5