向量處理單元VPU的低功耗設(shè)計(jì)與驗(yàn)證.pdf

1、隨著通信和多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)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(shè)計(jì)通過不斷提高頻率和擴(kuò)大規(guī)模滿足日益增長的性能需求，近年來，隨著便攜式設(shè)備的推廣，功耗問題日益突出，嚴(yán)重制約著處理器的進(jìn)一步發(fā)展，因此DSP設(shè)計(jì)的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，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(shù)背景，完成向量處理單元（VPU：Vector Process Unit）的低功耗設(shè)計(jì)和驗(yàn)證綜合，主要研究內(nèi)容如下：
　　1.向量處理單元VPU的低功耗設(shè)計(jì)。針對VPU的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用多種不同的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)，對VPU進(jìn)行低功耗優(yōu)化：VPE的時(shí)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(jìn)行評估，結(jié)果表明在不使用時(shí)鐘門控管理VPU的

3、工作時(shí)，功耗優(yōu)化效率達(dá)到13.95％，而使用時(shí)鐘門控關(guān)掉一半的VPE時(shí)，功耗優(yōu)化效率達(dá)到42.7%。
　　2.為了進(jìn)一步降低VPU的功耗，對其主要功耗來源乘加部件MAC進(jìn)行功耗優(yōu)化。根據(jù)MAC中定、浮點(diǎn)乘加的相互獨(dú)立，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了定、浮點(diǎn)乘法器共享的MAC部件，減少了一個(gè)乘法器的使用。對共享的乘法器進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)并實(shí)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(zhuǎn)。在40nm工藝下，使用DC綜合工具對MAC進(jìn)行綜合，結(jié)果表明