Verso i chip

La potenza del linguaggio SPICE risiede nella sua capacità di descrivere, in poche righe, anche circuiti complessi, che richiederebbero molto più tempo per essere costruiti graficamente.

Grazie a SPICE, è possibile effettuare simulazioni accurate a livello di transistor, passaggio fondamentale prima di tradurre il design in un linguaggio come VHDL e implementarlo su FPGA o ASIC (chip dedicati).

Un esempio concreto di questo approccio è lo sviluppo di un contatore modulo 4 basato su flip-flop JK, realizzato interamente da zero, senza ricorrere a componenti di libreria. 

Il progetto è stato portato avanti in modo iterativo, mediante una “raffica” di prompt che ha permesso di identificare e risolvere alcuni errori generati dall’IA.

Grazie a questa metodologia, ogni fase della progettazione è stata affrontata in modo sistematico e suddivisa nei passaggi seguenti:

1. Definizione dei modelli MOSFET, ottimizzati per garantire simulazioni affidabili.
2. Implementazione delle porte NAND a due e tre ingressi, elementi chiave del design.
3. Realizzazione del flip-flop JK master-slave edge-triggered, il cuore del contatore.
4. Integrazione finale in un contatore sincrono modulo 4 completamente funzionante. 

Gli esperti del settore, a questo punto, probabilmente sorrideranno e si metteranno subito all’opera per riprodurre il risultato.
Ogni fase è stata affrontata attraverso un dialogo strutturato, che ha permesso di:

• Esplorare alternative progettuali, valutando diverse implementazione.
• Analizzare i trade-off tra soluzioni circuitali, ottimizzando il bilanciamento tra prestazioni e complessità.
• Ottimizzare parametri critici, come i tempi di propagazione e i margini di rumore.
• Incorporare tecniche avanzate, per migliorare stabilità e robustezza del circuito.

Il risultato non è stato solo un contatore funzionante, ma anche un modello SPICE altamente ottimizzato, caratterizzato da:

• Dimensionamento bilanciato dei transistor.
• Capacità di bypass strategicamente posizionate.
• Controllo accurato dei tempi di salita e discesa.
• Direttive di simulazione raffinate, per garantire risultati affidabili. 

Questo approccio interattivo alla progettazione SPICE dimostra l’efficacia del “framework decisionale” strutturato che ho sviluppato, già in parte illustrato nel post “Impariamo a costruire le nostre foreste”. La metodologia adottata non solo ha facilitato la progettazione del contatore, ma ha anche creato un ponte naturale verso descrizioni VHDL di più alto livello.
L’intero percorso, documentato attraverso l’interazione con il modello 3.7 Sonnet di Claude, non è fine a se stesso, bensì costituisce un metodo replicabile per la realizzazione di circuiti complessi.

La progettazione del contatore modulo 4 con flip-flop JK non è dunque soltanto un esercizio di utilizzo di un linguaggio di definizione dell’hardware, ma un vero e proprio caso di studio di un processo decisionale assistito in grado di proporre un nuovo paradigma per la progettazione elettronica basata sull’IA.