Введение
Правило Рента относится к организации вычислительной логики, а именно к соотношению между количеством внешних сигнальных соединений логического блока (то есть количеством "выводов") и количеством логических элементов в этом блоке. Оно применяется к схемам, начиная от небольших цифровых схем и заканчивая крупными ЭВМ. По сути, правило утверждает, что между этими двумя величинами (выводами и элементами) существует простое степенное соотношение.
Открытие и первые публикации Э. Ф. Рента
В 1960-х годах Э. Ф. Рент, сотрудник IBM, обнаружил замечательную закономерность между количеством выводов (терминалов, T) на границах конструкций интегральных схем в IBM и количеством внутренних компонентов (g), таких как логические элементы или стандартные ячейки. На логарифмическом графике эти точки данных располагались на прямой линии, что указывает на степенную зависимость, где t и p – константы (p < 1,0 и, как правило, 0,5 < p < 0,8). Результаты Рента, изначально представленные во внутренних меморандумах IBM, были опубликованы в журнале IBM Journal of Research and Development в 2005 году, однако эта зависимость была описана в 1971 году Лэндманом и Руссо. Они выполняли иерархическое разбиение схемы таким образом, чтобы на каждом иерархическом уровне (сверху вниз) требовалось разрывать минимальное количество соединений для разделения схемы (на более или менее равные части). На каждом этапе разбиения они фиксировали количество выводов и компонентов в каждом разделе, а затем продолжали разбивать подразделы. Они установили, что степенной закон применим к полученному графику зависимости T от g и назвали это "правилом Рента". Правило Рента – это эмпирический результат, основанный на наблюдениях за существующими конструкциями, и поэтому оно менее применимо к анализу нетрадиционных архитектур схем. Тем не менее, оно предоставляет полезную основу для сравнения схожих архитектур.
Теоретическая основа
Позже Кристи и Строобант теоретически вывели правило Рента для однородных систем и отметили, что степень оптимизации, достигнутая при трассировке, отражается параметром , "показатель Рента", который также зависит от топологии схемы. В частности, значения соответствуют большей доле коротких соединений. Константу в правиле Рента можно интерпретировать как среднее количество терминалов, необходимых для одного логического блока, поскольку при .
Особые случаи и применения
Случайное расположение логических блоков обычно имеет более высокие значения, поскольку максимальное количество терминалов для любой области, содержащей g логических компонентов в однородной системе, ограничено. Нижние границы для p зависят от топологии соединений, поскольку в общем случае невозможно сделать все соединения короткими. Эта нижняя граница часто называется "внутренним показателем Рента", понятие, впервые предложенное Хагеном и др. Его можно использовать для характеристики оптимального размещения элементов и оценки сложности соединений схемы. Более высокие (внутренние) значения показателя Рента соответствуют большей топологической сложности. Ярким примером является длинная цепочка логических блоков, а полносвязная сеть имеет В реалистичных 2D-схемах значение обычно находится в диапазоне от 0,5 для высокорегулярных схем (например, SRAM) до 0,75 для случайной логики. Инструменты анализа производительности системы, такие как BACPAC, обычно используют правило Рента для расчета ожидаемой длины соединений и требований к ним. Правило Рента также было применено к областям мозга дрозофилы, где синапсы рассматриваются как эквивалент логических элементов, а нейроны, простирающиеся как внутри, так и за пределы области, – как выводы.