面向ＲＩＳＣ－Ｖ处理器的高速浮点单元设计

浮点单元是高性能处理器的速度瓶颈之一,基于广泛应用的开源RISC-V浮点单元原型,设计了一种面向RISC-V处理器的高速浮点单元。对该原型中时序最差的浮点融合乘加、除法开方、整数转浮点子模块分别进行静态时序分析,并定位其中需要优化的关键模块。针对该浮点单元原型中存在的问题,提出基于算法优化和流水线优化的设计思路,设计基4 Booth-Wallace乘法模块替代原有多位宽乘法模块,设计基于二叉树的并行前导零检测模块替代原有串行前导零检测模块,增加了部分子模块的流水线级数。基于SMIC 55 nm工艺对优化设计前后的RISC-V浮点单元原型进行了性能评估,优化后的工作频率达到820 MHz,提升了39.46%,而面积开销增加了15.14%。     

面向存算ADC阵列的比较器失调校准电路

提出了一种面向存算模数转换器(ADC)阵列的动态比较器全局失调校准电路,采用数字辅助的模拟微调技术,并结合阵列式应用特点全局共用校准电压.校准过程分为粗校准和细校准周期,提高了校准速度和精度.粗校准利用6-bit计数器和数模转换器(DAC)产生阶梯式校准电压,根据初始失调电压极性将校准电压连接至对应的电流补偿电路,通过较大的校准步长快速减小失调电压值,并改变其极性.细校准采用一种基于晶体管栅压调控的延时可调电路,通过10-bit计数器和DAC产生细校准电压,实现失调电压值的精细调整.基于简单门电路和触发器设计比较器校准逻辑电路,在全局校准信号的控制下,实现本地校准开关和校准周期的转换.通过校准电压发生电路的全局共用,比较器只需要增加校准逻辑电路、电流补偿电路和延时可调电路,从而减小了由校准电路导致的面积开销.基于55 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的仿真结果表明,在输入时钟50 MHz条件下,失调校准范围±20 mV,校准后失调电压0.96 mV(3.3σ),阵列校准后失调电压呈现出较为均匀的分布,包含校准电路的比较器版图面积为696.28μm².     

一种面向基于闪存的脉冲卷积神经网络的模拟神经元电路

该文面向基于闪存(Flash)的脉冲卷积神经网络(SCNN)提出一种积分发放(IF)型模拟神经元电路,该电路实现了位线电压箝位、电流读出减法和积分发放功能。为解决低电流读出速度较慢的问题,该文设计一种通过增加旁路电流大幅提高电流读出范围和读出速度的方法;针对传统模拟神经元复位方案造成的阵列信息丢失问题,提出一种固定泄放阈值电压的脉冲神经元复位方案,提高了阵列电流信息的完整性和神经网络的精度。基于55 nm 互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺对电路进行设计并流片。后仿结果表明,在20 μA电流输出时,读出速度提高了100%,在0 μA电流输出时,读出速度提升了263.6%,神经元电路工作状态良好。测试结果表明,在0～20 μA电流输出范围内,箝位电压误差小于0.2 mV,波动范围小于0.4 mV,电流读出减法线性度可达到99.9%。为了研究所提模拟神经元电路的性能,分别通过LeNet和AlexNet对MNIST和CIFAR-10数据集进行识别准确率测试,结果表明,神经网络识别准确率分别提升了1.4%和38.8%。