Sklansky并行前缀加法器的优化设计

Sklansky结构是并行前缀加法器中一种典型的结构,但其过大扇出引起的延时增加使得对它的使用受到了限制.本文针对该问题提出了一种优化方法,它通过增加相同进位单元使得扇出系数最大为2.在Synopsys公司综合工具Design Compiler上的综合结果显示,该方法在增加极小的面积的情况下使得Sklansky结构的延时降低了至少14.5％.     

一种稀疏树加法器及结构设计

提出了一种稀疏树加法器,该加法器基于并行前缀加法器,以预处理和后处理阶段的面积和延迟换取并行前缀进位阶段的面积和延迟,可针对大多数并行前缀加法器进行改进,在较长操作数相加时可节省面积同时减小关键路径延迟。以几种并行前缀加法器Sldarisky、Brent—Kung、Kogge—Stone和Han—Carlson为例,对他们的面积和延迟进行了理论分析。在本文的最后用硬件描述语言实现了Sklansky加法器。     

一种改进的基于Kogge-Stone结构的并行前缀加法器

基于并行前缀算法的Kogge-Stone结构,通过改进其结构层次上的逻辑电路,提出一种改进的并行前缀加法器.与传统电路相比,该加法器不仅可以减小面积、功耗和延时,而且随着位宽的加大其优势更加明显,是适用于宽位的并行前缀加法器.     

64位高性能冗余二进制—二进制数转换器的设计

冗余二进制(RB)加法的进位无关特性和规整的压缩结构,可以设计高速冗余二进制乘法器。冗余二进制乘法器由RB部分积产生、RB部分积压缩树和RB-二进制数转换器三个关键模块构成。在此基于基-16 RB Booth编码结构提出了一种由进位跳跃加法器和并行前缀/进位选择混合加法器构成的冗余二进制-二进制数转换器。用Verilog HDL对该转换器进行描述,在Synopsys的VCS平台上进行仿真验证,在SMIC 45 nm的工艺下,通过Design Compiler对转换器进行综合,比较普通的并行前缀/进位选择转换器,设计的64位转换器在延时、面积和功耗得到有效的改善。     

基于并行前缀结构的十进制加法器设计

针对硬件实现BCD码十进制加法需要处理无效码的问题,设计了一种基于并行前缀结构的十进制加法器。该十进制加法器依据预先加6,配合二进制加法求中间和,然后再减6修正的算法,并将减6修正步骤整合到重新设计的减6修正进位选择加法器中,充分利用并行前缀结构大幅提高了电路运算的并行度。采用Verilog HDL对加法器进行实现并利用Design Compiler进行综合,得到设计的32位,64位,128位的十进制加法器的延时分别为0.56 ns,0.61 ns,0.71 ns,面积分别为1 310 μm2,2 681 μm2,5 485 μm2。     

条件推测性十进制加法器的优化设计

随着商业计算和金融分析等高精度计算应用领域的高速发展,提供硬件支持十进制算术运算变得越来越重要,新的IEEE 754-2008浮点运算标准也添加了十进制算术运算规范。该文采用目前最佳的条件推测性算法设计十进制加法电路,给出了基于并行前缀/进位选择结构的条件推测性十进制加法器的设计过程,并通过并行前缀单元对十进制进位选择加法器进行优化设计。采用Verilog HDL对32 bit, 64 bit和128 bit十进制加法器进行描述并在ModelSim平台上进行了仿真验证,在Nangate Open Cell 45nm标准工艺库下,通过Synopsys公司综合工具Design Compiler进行了综合。与现有的条件推测性十进制加法器相比较,综合结果显示该文所提出的十进制加法器可以提升12.3%的速度性能。     

超前进位加法器的优化设计

在对超前加法器逻辑算法分析的基础上,介绍了一种优化设计方法。宽位加法器采用多层CLA（ Carry Look-ahead Adder）块技术,按四位为一组进行组间超前进位,减小硬件延时,达到并行、高速的目的。并在晶体管级重点对全加器进行优化设计,从而降低整个电路的延时、面积和功耗。仿真结果表明,在SMIC65 nm工艺下,设计出的16位超前进位加法器,其延时,面积,功耗相比传统结构都有了明显的改善,达到了优化的效果。     

54位高速冗余二进制乘法器的设计

冗余二进制(RB)数是一种有符号数的表示方法,利用冗余二进制算法的进位无关特性和规整的结构,可以设计高速RB并行乘法器.系统地研究了RB乘法器的算法和结构,给出了基于修正Booth算法,RB部分积压缩树和RB-NB转换器的54b乘法器的设计过程,并利用并行前缀/进位选择混合加法器对RB-NB转换器进行优化设计.采用Verilog HDL对乘法器进行描述,并在ModelSim平台上进行仿真验证,在SMIC 0.18mm标准工艺库下,通过Synopsys公司综合工具Design Compiler进行综合,得到54bRB乘法器的延时可达到3.97ns,面积是409 293mm2.     

32位稀疏树加法器的设计改进与实现

提出了一种改进进位运算的32位稀疏树加法器。在对现有稀疏树加法器使用的进位运算算子"o"进行深入探讨的基础上,对该算子的表达式做出了适当改进,去除了原算子中进位输入须为0的前提条件,同时保留了原算子适用于稀疏树进位结构的运算特性。采用该改进算子的32位稀疏树加法器可以并行地产生进位输入分别为0和1时的一对"和"输出,并可根据需要选择输出相应的结果。在1.2V130nm典型CMOS工艺条件下,经由HSPICE仿真,改进的32位稀疏树加法器的关键路径延迟为10.8FO4。结果表明,该加法器在运算能力得到扩充的同时,在运算速度方面也具有一定优势。     

支持短向量的32位快速加法器设计

研究和设计了一种面向多媒体应用的32位短向量快速加法器,该加法器以SK型并行前缀加法器为基础,通过有效控制进位链,实现了同时执行4个基于字节的加法,或者2个基于半字的加法,或者1个基于字的加法,或者1个基于单精度浮点数的比较运算.综合结果表明,此设计方法同传统的设计方法相比,电路面积接近,时序提高了10%,总体性能较优.