36 / 2021-12-06 17:49:00

面向容错计算的高能效复数乘法器设计

近似计算；容错计算；Booth 乘法器；FFT 处理器；低功耗

本文以复数乘法为研究中心，提出了两种精确的优化设计和一种截断补偿策略，并详细阐述了设计原理和流程。为了验证本文结构的实用性，将所提出的高能效复数乘法器设计应用到快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)处理器中，全面评估误差特性与电路性能。本文在 28nm CMOS 工艺下，使用 Synopsys DC对所有方案进行综合，使用 PrimeTime PX 工具仿真获得功耗及关键路径延时等数据。本文提出的两种精确复数乘法运算单元优化电路，在传统复数乘法器结构的基础上，分别采用部分积压缩优化和减法优化策略，实现了 19.84%和 25.40%的功耗收益。截断补偿方案在其基础上，对部分积阵列进行预处理，进一步使得功耗降低38.44%，并且将平均相对误差距离(Mean Relative Error Distance, MRED)控制在 5.63%。将上述高能效复数乘法运算单元的几种方案应用到 64 点 FFT 处理器中，可以将 FFT 系统的功耗降低 28.61%~35.54%，并将 MRED控制在 4.23%~12.91%的范围内。