M-DSP中高性能浮点乘加器的设计与实现

针对高性能M型数字信号处理器（M-DSP）对浮点运算的性能、面积和功耗要求，研究分析了M-DSP总体结构和浮点运算的指令特点，设计和实现了一种高性能低功耗的浮点乘累加器（FMAC）。该乘加器采用单、双精度通路分离的主体结构，分为六级流水站执行，对乘法器、对阶移位等关键模块进行了复用设计，支持双精度和单精度浮点乘法、乘累加、乘累减、单精度点积和复数运算。对所设计的乘加器进行了全面的验证，基于45nm工艺采用Synopsys公司的Design Compiler工具综合所设计的代码，综合结果表明运行频率可达1GHz，单元面积36856μm²；与FT-XDSP中的乘加器相比，面积节省了12.95%，关键路径长度减少了2.17%。     

分离通路浮点乘加器设计与实现

针对传统浮点融合乘加器会增加独立浮点加减法、乘法等运算延迟的缺点,首先设计并实现了一种分离通路浮点乘加器SPFMA,通过分离乘法和加法通路,在保持融合乘加运算延迟6拍延迟不变的情况下,将独立乘法和加法等运算延迟由6拍减为4拍,克服了传统融合乘加器的缺点。然后经专用工艺单元库逻辑综合评估,SPFMA可工作在1.2GHz以上,面积60779.44um²。最后在硬件仿真加速器平台上运行SPEC CPU2000浮点测试课题对其进行性能评估,结果表明所有浮点课题性能均有所提高,最大提高5.25％,平均提高1.61％,证明SPFMA可进一步提高浮点性能。     

基于SIMD部件的四倍精度浮点乘加器设计

如何减少四倍精度浮点运算的硬件开销和延迟是需要解决的重要问题。为减少四倍精度乘加器的硬件开销,基于支持64位×4的双精度浮点SIMD FMA部件,设计并实现了一种新的四倍精度浮点乘加器(QPFMA),来支持4种浮点乘加运算和乘法、加减法、比较运算,运算延迟为7拍。通过将四倍精度113位×113位尾数乘法器分解为4个57位×57位乘法器来共享双精度浮点SIMD FMA部件的53位×53位乘法器,显著减少了实现QPFMA的硬件开销。基于65nm工艺的逻辑综合结果表明,该QPFMA频率可达1.1GHz,面积是常规QPFMA设计的42.71％,仅与一个双精度浮点乘加器相当。与现有的QPFMA设计相比,相当工艺和频率下,其运算延迟减少了3拍,门数减少了65.96％。     

可重构浮点混合/连续乘-加器的设计与实现

浮点连续乘-加、混合乘-加和三操作数加等浮点算术运算在科学计算领域中应用越来越频繁,为设计一款支持浮点连续乘-加、混合乘-加和三操作数加的多功能浮点运算单元,提出一种可重构浮点混合/连续乘-加器,通过对控制位的配置可以实现多种浮点数据操作。该乘-加器采用8级流水线,可以实现单周期的浮点乘累加,大幅提高数据处理吞吐量,同时支持三操作数加和两操作数和的累加。在Modelsim SE6.6f中对该设计进行仿真验证,结果表明其能够在Xilinx Virtex-6 FPGA上实现,资源消耗2 631个LUT,频率可达250 MHz,结果证明该浮点混合/连续乘-加器具有较大的使用价值。     

一种关于浮点乘加的测试方法

目前浮点乘加部件的算法研究和实现已成为高性能微处理器研究的热点之一,对其进行测试也显得尤为重要和必要。论文介绍了一种浮点乘加的测试方法,并从特殊值和随机数两个角度进行测试。     

浮点乘加部件延迟对浮点性能影响的研究

浮点融合乘加部件会增加独立浮点加减法、乘法等运算延迟.为克服该缺陷,研究将乘加部件独立乘法、加减法等运算延迟由6拍减为4拍时对浮点性能的影响.以某支持乘加运算的国产处理器为基础,修改相关的RTL级设计代码,利用硬件仿真加速器平台,对SPEC CPU2000浮点测试课题进行评估.实验结果表明,该延迟优化有利于提高浮点性能,最大提高5.25％,平均提高1.61％.     

一种64位浮点乘加器的设计与实现

乘加操作是许多科学与工程应用中的基本操作,特别是在图形加速器和DSP等应用领域,浮点乘加器有着广泛的应用。论文针对PowerPC603e微处理器系统,基于SMIC0.25μm1P5MCMOS工艺,采用正向全定制的电路及版图设计方法,设计实现了一个综合使用改进Booth算法、平衡的4-2压缩器构成的Wallace树形结构、先行进位加法器的支持IEEE-754标准的64bit浮点乘加器。     

一种低成本128位高精度浮点SIMD乘加单元的设计与实现

SIMD单元集成已经成为提高处理器性能的重要途径之一。虽然定点SIMD单元的硬件复用低成本设计技术已经较为成熟,但是,大部分浮点SIMD单元的硬件设计还停留在简单的硬件复制方法上。本文针对日益增长的128位高精度浮点操作的计算需求,提出了其相应的SIMD低成本硬件结构方案。综合实验结果表明,所提出的SIMD浮点乘加单元比传统128位高精度浮点乘加单元具有更加优化的性能与面积参数。     

高性能多通道浮点乘加器

随着面向数字信号处理以及其他相关领域的专用微处理技术的发展,浮点乘加运算变得日益重要。该操作将乘法和加法相融合,节省了整个运算的执行延时。基于多通路的思想,文章提出了一种改进的多通道浮点乘加器结构。根据对阶时A相对于B×C乘积的位置,将整个处理过程分为四条数据通路,采用不同的数据处理通路,避免了不必要的处理延时。通过对比得出:多通道浮点乘加器无论在速度以及功耗上,都具有一定的优势。     

Cortex-M3内核浮点型运算的研究与实现

通过分析Cortex-M3内核的结构与浮点型格式,充分利用Cortex-M3内核中的分支预测、单周期乘法、硬件除法等众多功能强大的特性,使用Thumb-2指令集实现了单精度浮点型的加、减、乘、除与比较运算,并给出了加减法运算的流程图和除法运算的源程序.     

基于AltiVec技术的浮点乘加单元的设计

Alti Vec技术是为提高PowerPC的向量处理能力而对PowerPC指令集体系结构的扩展;浮点乘加单元是向量处理单元的主要构成部分,设计一种基于Alti Vec技术的向量浮点乘加单元;在基本浮点乘加器的基础上,提出了java模式下对非规格化数的预规格化处理;设计采用了一种半并行的结构,与传统的全并行结构相比可以节省一半的硬件面积;时钟频率为266 MHz时,java模式下5拍可以完成,非java模式下4拍可以完成。     

一种高性能四倍精度浮点乘加器的设计与实现

高精度、高性能浮点运算部件是高性能微处理器设计的重要部分。通过对传统双精度浮点乘加运算算法的研究,结合四倍精度浮点数据格式特点,设计并实现一种高性能的四倍精度浮点乘加器(QPFMA),该乘加器支持多种浮点运算,运算延迟为7拍,全流水结构。采用双路加法器改进算法结构,优化头零预测和规格化移位逻辑,减小运算延迟和硬件开销。通过参数化设计验证方法,实现高效的正确性验证。逻辑综合结果表明,基于65 nm工艺,该QPFMA频率可达1.2 GHz,比现有的QPFMA设计运算延迟减少3拍,频率提高约11.63%。     

高吞吐率浮点FFT处理器的FPGA实现研究

受浮点操作的长流水线延迟及FPGA片上RAM端口数目的限制,传统H可处理器的吞吐率通常只能达到每周期输出一个复数结果。本文用FPGA设计并实现了一种高吞吐率的IEEE754标准单精度浮点FFT处理器,通过改进蝶形计算单元的结构并重新组织FPGA片上RAM的访问,该处理器每周期平均可输出约两个复数计算结果,吞吐率约为传统FFT处理器吞吐率的两倍。对于1024点FFT变换,可在（512＋10）＊10=5220周期内完成。     

浮点乘法器中的舍入方法研究

文章针对浮点乘法器中的尾数舍入方法进行了研究,提出了一种基于预测和选择的快速舍入方法。相对于传统的舍入方法,这种方法通过预测和选择来实现快速舍入,舍入过程相对简单,减小了实现时的硬件开销和关键路径延时,明显地提高了浮点乘法器的性能,并且精度越高,性能提高的空间越大。     

基于Microblaze处理器的浮点内积运算设计

浮点内积运算在信号处理与图像处理中有着广泛的应用,本文利用软核处理器灵活性和可扩展性的特点,介绍了基于Microblaze处理器的浮点内积运算结构,设计采用IEEE-754双精度浮点数,通过对DSA电路改进设计出了适合于内积运算的累加电路结构。通过EDK设计平台,在SOPC系统中把内积运算单元通过FSL总线挂载到Microblaze软核处理器上,实现了硬件单元的调用。     

支持超越函数的浮点运算单元的设计与实现

介绍自主设计的龙腾C2微处理器中浮点运算单元的设计与实现。该处理器与Intel80486DX4指令系统兼容,支持IEEE754标准扩展精度的浮点基本函数和超越函数运算。介绍了浮点运算单元的结构,分析了实现超越函数的高精度CORDIC算法的流程,讨论了实现浮点超越函数运算的数据通路和控制通路结构,并给出了仿真结果和精度评估结果。仿真和分析的结果表明,浮点运算单元的设计满足龙腾C2微处理器的设计要求。