High-Level Synthesis (HLS) é o processo de conversão de descrições de alto nível de sistemas digitais, geralmente escritas em linguagens como C, C++ ou SystemC, em descrições de baixo nível que podem ser implementadas em hardware, como VHDL ou Verilog. Este processo permite a automatização do design de circuitos integrados, facilitando a criação de sistemas complexos com uma maior eficiência de tempo e recursos.
O conceito de High-Level Synthesis surgiu na década de 1980, quando a necessidade de abstração no design de circuitos integrados tornou-se evidente devido à crescente complexidade dos sistemas digitais. Os primeiros trabalhos na área foram focados em métodos de síntese que permitissem a descrição de sistemas em níveis mais altos de abstração. Com o avanço das tecnologias de fabricação e a demanda por circuitos integrados mais eficientes, as ferramentas de HLS evoluíram rapidamente.
Na década de 1990, as primeiras ferramentas comerciais de HLS foram introduzidas, permitindo que engenheiros realizassem sínteses mais rápidas e precisas. Desde então, o HLS tem evoluído, integrando técnicas de inteligência artificial e aprendizado de máquina, que permitem otimizações mais sofisticadas e automáticas no processo de design.
O design de circuitos digitais é um dos fundamentos que sustentam o HLS. Ele utiliza conceitos de lógica digital, incluindo gates, flip-flops e memórias, que são essenciais para a implementação física dos circuitos.
O RTL é uma representação comum em design de hardware que descreve a transferência de dados entre registradores e a operação dos circuitos. O HLS gera descrições em RTL a partir de códigos de alto nível, facilitando a verificação e simulação.
HLS: Permite a descrição do sistema em linguagens de alto nível, promovendo uma abstração maior e reduzindo o tempo de desenvolvimento. A automação e a otimização são facilitadas, mas podem ser limitadas em termos de controle preciso sobre a implementação.
RTL Design Manual: Oferece controle total sobre cada aspecto do design, mas exige um conhecimento profundo de hardware e consome significativamente mais tempo e esforço para implementar sistemas complexos.
Atualmente, as tendências em HLS incluem a integração de inteligência artificial e aprendizado de máquina para otimização automática de designs, além da adoção de metodologias ágeis no desenvolvimento de circuitos integrados. Outro foco é a compatibilidade com tecnologias emergentes, como a computação quântica e circuitos integrados fotônicos.
O High-Level Synthesis é amplamente utilizado em diversas áreas, incluindo:
As pesquisas atuais em HLS estão focadas em várias áreas:
Este artigo fornece uma visão abrangente sobre High-Level Synthesis, abordando suas definições, histórico, aplicações, tendências e direções futuras. A relevância crescente do HLS no design de circuitos integrados e sistemas digitais o torna uma área de pesquisa e desenvolvimento essencial na engenharia elétrica e na computação.