عنوان پایان‌نامه
بهبود کارایی و بهره وری ضرب کننده های حسابی CMOS در محدوده ی وسیعی از ولتاژهای تغذیه با درنظر داشتن نوسانات
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2778;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70545
- تاریخ دفاع
- ۰۸ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- رضا زندگانی
- استاد راهنما
- علی افضلی کوشا
- چکیده
- واحدهای محاسباتی یکی از بخش‌های اساسی در ریزپردازنده‌ها و به‌عنوان هسته‌ی محاسباتی در اکثر دستگاه‌های دیجیتال، نظیر پردازنده‌های همه‌منظوره، پردازنده‌های سیگنال دیجیتال و کمک پردازنده‌های رمز می‌باشند؛ بنابراین طراحی دستگاه‌ها و پردازنده‌هایی باقدرت محاسباتی بالا، برای پشتیبانی کاربردهای متنوع دنیای کنونی، یک امر ضروری است. از طرفی با توجه به رابطه درجه‌دو توان پویا به ولتاژ تغذیه (Vdd)، کاهش Vdd یکی از مؤثرترین روش‌ها در کاهش توان‌مصرفی مدارها است. کار در ناحیه نزدیک ولتاژ آستانه، اخیراً جهت کاهش توان‌مصرفی مدارهای مجتمع مورد توجه قرارگرفته است. عملکرد در ناحیه‌ی نزدیک ولتاژ آستانه، درحالی‌که بهبود زیادی در مصرف توان درپی خواهد داشت، باعث پیدایش مشکلاتی شامل کاهش‌کارایی افزایش حساسیت به نوسانات فرایند، ولتاژ، دما و افزایش عیوب کارکردی مدارها می‌شود. به‌منظور کنترل کارایی، بهره‌وری و مساحت اشغالی، مدارهای تقریبی پیشنهاد شدند، ویژگی اصلی این مدارهای در این است که در مقایسه با مدار کامل موردنظر، دریکی یا همه پارامترهای ذکرشده، بهینه‌تر شده‌اند البته درصورتی‌که خروجی‌های خطادار قابل‌تحمل باشند. همین امر منجر شد تا در این پژوهش، روند گسترش مجموعه دستورالعمل‌ها را از مسیر رایج دور کرده و به سمت طراحی با در نظر گرفتن محاسبات تقریبی حرکت دهیم. در این پایان‌نامه، ابتدا در مورد بهینه‌سازی کارایی و بهره‌وری در نواحی کاری مختلف صحبت می‌کنیم، سپس الگوریتم‌های ضرب و مدارهای ضرب‌کننده معرفی می‌شوند در گام بعد، به تشریح روند طراحی پیشنهادشده برای بهبود بهره‌وری پردازنده‌های توسعه‌پذیر با استفاده از دستورالعمل‌های تقریبی ضرب و تقسیم پرداخته‌ایم و در آخر الگوریتمی برای بررسی صحت عملیات ضرب ارائه داده‌ایم. دستاورد این پژوهش، کنترل کارایی و بهره‌وری در ضرب‌کننده تقریبی و تقسیم‌کننده تقریبی بوده که در پیاده سازی‌های مختلف بین 85 تا 99 درصد نسبت به ضرب‌کننده و تقسیم‌کننده دقیق، بهبود داشته ایم. کلمات کلیدی : پردازنده‌ی توسعه‌پذیر، ضرب کننده تقریبی، تقسیم کننده تقریبی، دستورالعمل سفارشی تقریبی، کنترل کیفیت خروجی، بهبود بهره‌وری، بهبود کارایی
- Abstract
- Arithmetic units are one of the basic functional unit of microprocessors and the computational core of digital signal processing (DSP) blocks, such as general-purpose processors, digital signal processors and encryption co-processors. Therefore, design of the processors with high computational capacity is vital to support a variety of applications. On the other hand, dynamic power dissipation has second order dependence on supply voltage (Vdd). Thus, Supply voltage scaling is among the most efficient ways to reduce the power consumption. Operation in the sub-threshold voltage region has been studied recently to reduce power consumption of integrated circuits. While operating in sub-threshold region has the power advantages, it causes problems, including higher sensitivity to fluctuations in process, voltage, temperature, and also increase functional defects of the circuits. Approximate circuits are proposed Due to effective control of tradeoff between the performances, area and power/energy consumptions feature. Imprecise circuits can be used to obtain sufficient results rather than absolutely accurate results for various error-tolerant applications related to human senses, with the efficient design characteristics (i.e., lower power/energy consumptions and higher speeds) compared to the conventional accurate circuits. This led to the development of new instructions set with considering the approximate in this research. In this dissertation, first we discuss the performance and power optimizations in the different operating regions. Then, a variety of multiplication algorithms and multiplier circuits are presented. Next step, we outline the proposed design which improved performance of extensible processors by using approximate instructions of multiplication and division. Finally, we propose an algorithm for evaluating the accuracy of multiplication. Result of this research is the performance and power-efficiency control of the approximate multipliers and dividers and the 85 to 99 percent improvements in comparison to accurate multipliers and dividers, in a variety of implementations. Keywords— Approximate divider, Approximate custom instructions, Approximate multiplier, Extensible processor, Performance improvement, Power efficiency, Quality control of the output.
