向量處理單元VPU的低功耗設計與驗證.pdf

1、隨著通信和多媒體技術的廣泛應用，數(shù)字信號處理器（DSP, Digital Signal Processor）得到快速發(fā)展。早期的 DSP設計通過不斷提高頻率和擴大規(guī)模滿足日益增長的性能需求，近年來，隨著便攜式設備的推廣，功耗問題日益突出，嚴重制約著處理器的進一步發(fā)展，因此DSP設計的重點逐漸轉變成了追求更高的性能和更低的功耗。
　　X-DSP是一款自主研發(fā)的高性能64位DSP，采用哈佛總線結構，支持11發(fā)射的超長指令字和單指令多數(shù)

2、據(jù)流操作，工作頻率1GHz。本文以 X-DSP的研發(fā)為技術背景，完成向量處理單元（VPU：Vector Process Unit）的低功耗設計和驗證綜合，主要研究內容如下：
　　1.向量處理單元VPU的低功耗設計。針對VPU的結構特點，使用多種不同的低功耗設計技術，對VPU進行低功耗優(yōu)化：VPE的時鐘門控、功能部件中的操作數(shù)隔離、基本門電路的邏輯重組。使用SpyGlass對VPU的功耗進行評估，結果表明在不使用時鐘門控管理VPU的

3、工作時，功耗優(yōu)化效率達到13.95％，而使用時鐘門控關掉一半的VPE時，功耗優(yōu)化效率達到42.7%。
　　2.為了進一步降低VPU的功耗，對其主要功耗來源乘加部件MAC進行功耗優(yōu)化。根據(jù)MAC中定、浮點乘加的相互獨立，設計并實現(xiàn)了定、浮點乘法器共享的MAC部件，減少了一個乘法器的使用。對共享的乘法器進行分析，設計并實現(xiàn)了基于保持電路的低功耗乘法器，降低了乘法器的無效翻轉。在40nm工藝下，使用DC綜合工具對MAC進行綜合，結果表明