FO4

En electrónica digital , un factor de fan-out de 4 es una medida de tiempo utilizada en tecnologías CMOS digitales : el retardo de puerta de un componente con un factor de fan-out de 4.

Ventilador de salida = C _carga / C _entrada , donde

_Carga C = capacitancia total de la puerta MOS controlada por la puerta lógica en consideración

C _in = la capacitancia de la puerta MOS de la puerta lógica en consideración

Como métrica de retardo, un FO4 representa el retardo de un inversor , controlado por otro inversor cuatro veces más pequeño que él mismo, y que a su vez controla un inversor cuatro veces más grande que él mismo. Ambas condiciones son necesarias, ya que el tiempo de subida/bajada de la señal de entrada afecta tanto al retardo como a la carga de salida.

FO4 se usa generalmente como métrica de retardo porque esta carga se observa normalmente en búferes cónicos que manejan cargas grandes, y aproximadamente en cualquier puerta lógica de una ruta lógica dimensionada para un retardo mínimo. Además, para la mayoría de las tecnologías, el factor de ramificación óptimo para dichos búferes generalmente varía de 2,7 a 5,3. ^{[ 1 ]}

Un ventilador de 4 es la respuesta al problema canónico planteado de la siguiente manera: Dado un inversor de tamaño fijo, pequeño en comparación con una carga grande fija, minimizar el retardo en el accionamiento de la carga grande. Después de algunos cálculos, se puede demostrar que el retardo mínimo se logra cuando la carga es accionada por una cadena de N inversores, cada inversor sucesivo ~4 veces mayor que el anterior; N ~ log ₄ (C _carga /C _entrada ) .

En ausencia de capacitancias parásitas (capacitancia de difusión del drenaje y capacitancia del cable), el resultado es "un abanico de e" (ahora N ~ ln(C _carga /C _entrada ).

Si la carga en sí no es grande, entonces usar un escalado de ventilador de 4 en etapas lógicas sucesivas no tiene sentido. En estos casos, los transistores de tamaño mínimo pueden ser más rápidos.

Dado que las tecnologías escaladas son inherentemente más rápidas (en términos absolutos), el rendimiento de los circuitos se puede comparar de forma más justa utilizando el factor de multiplicación de cuatro (FO4) como métrica. Por ejemplo, si tenemos dos sumadores de 64 bits, uno implementado en  tecnología de 0,5 μm y el otro en tecnología de 90  nm, sería injusto afirmar que el  sumador de 90 nm es mejor desde el punto de vista de la arquitectura y el diseño de circuitos solo porque tiene menor latencia. El  sumador de 90 nm podría ser más rápido únicamente debido a la mayor velocidad inherente de sus dispositivos. Para comparar la arquitectura y el diseño de circuitos de los sumadores, es más justo normalizar la latencia de cada sumador con respecto al retardo de un inversor FO4.

El tiempo FO4 para una tecnología es cinco veces su constante de tiempo RC τ; por lo tanto, 5·τ  =  FO4. ^{[ 2 ]}

Algunos ejemplos de CPU de alta frecuencia con tubería larga y retardo de etapa bajo: IBM Power6 tiene un diseño con retardo de ciclo de 13  FO4; ^{[ 3 ]} el período de reloj del Pentium 4 de Intel a 3,4  GHz se estima en 16,3  FO4. ^{[ 4 ]}

• Esfuerzo lógico
• Entrada de ventilador

• El esfuerzo lógico revisitado
• Revisando la métrica FO4 // RWT, 15 de agosto de 2002
• David Harris, Diapositivas sobre el esfuerzo lógico – con un ejemplo conciso de diseño utilizando inversores FO4 (pág.  19).
• MS Hrishikesh, La profundidad lógica óptima por etapa de la tubería es de 6 a 8 retardos del inversor FO4 // ACM SIGARCH Computer Architecture News. Vol. 30. Núm. 2. IEEE Computer Society, 2002