基于亚字并行技术的128位simd算术单元设计

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1、圍赚械ｆ似專硕±学位论文胃雜Ｉ９基于亚字并行技术的１２８位ＳＩＭＤ算术单元设计作者姓名单隹坤学校导师姓名、职赖曾志斌副教授企业导师姓名、胁餘姚涛高工１申请学位类别工程硕壬．．．．西安电子科技大学学位论文独创巧（或创新巧）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师，除了文中特别加Ｕｉ注和致谢指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知■标中所罗列的内容外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研巧成果；也不

2、包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一同工。与我作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。＾扛巾令口＾言心打３／马本人签名：章睾日期：夺西安电子科技大学关于论文使用授权的说巧本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，目Ｐ：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可Ｗ公布论文的

3、全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研巧成果完成的论文、发保密明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。本人签的学位论文在＾年解密后适用本授权书。率＾言一＾ｆ、香太认Ｉ名；导师签名：￣、日期；＾口Ｉｋ斗句巧句日期；心／杉＊）、２Ｓ学校代码10701学号1311122951分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于亚字并行技术的128位SIMD算术单元设计作者姓名：单佳坤领域：软件工程学位类别：工程硕士学校导师姓

4、名、职称：曾志斌副教授企业导师姓名、职称：姚涛高工学院：微电子学院提交日期：2016年3月Designof128bitSIMDarithmeticunitbasedonsubwordparalleltechnologyAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSoftwareEngineeringByShanJiakunSupervisor:ZengZhibinA

5、ssociateProfessorYaoTaoSeniorEngineerMarch2016摘要摘要在现代处理器设计中，随着多媒体处理、DSP信号处理、3D图形处理的广泛应用，支持SIMD计算的向量运算单元越来越突出其重要的地位。向量运算单元往往具有较大的实现面积，同时大多也处于计算的关键路径之中，其设计方案直接影响着整个CPU的性能。本文针对IBM的POWER处理器的128位SIMD复杂向量算术（VectorComplex）指令架构，给出了一种高性能的基于亚字并行技术的实现方案。本文的128位SIMD算

6、术单元兼容POWER指令集中的27条向量类指令，包括向量乘、向量乘加/乘累加和向量累加3大类指令，支持定点饱和操作，运算过程在6个时钟周期内完成。本设计由3大部分组成：亚字并行乘加器、选择部件和累加器，其中设计的核心部件是亚字并行乘加器。根据指令集的功能，SIMD算术单元需要实现4个32-bit的亚字并行乘加器。每个乘加器支持1个32×32-bit，2个16×16-bit或者4个8×8-bit的有符号/无符号操作，其中在8-bit模式下还支持混合符号（有符号×无符号）操作，并且在16-bit模式下支持有符

7、号操作的饱和判断。本文对亚字并行乘加器的关键部件进行了详细的设计，每个部件都给出了多种实现方法。部分积生成部件给出了2种实现方法，其中，混合亚字并行法的实现不用考虑进位链的传播，相应的压缩器和加法器也得到简化，电路逻辑简单；布思选择法可以使部分积的数目减少一半，大大减少压缩时电路的时延。压缩部件的实现，首先对3-2压缩器和4-2压缩器进行改进使其适应3种模式的压缩，并采用改进型的Wallace树型结构进行压缩，压缩部件只需增加少量控制逻辑就能在支持多种模式的同时而不增加额外的时延。加法器的结构选择了综合性

8、能突出的LF并行前缀加法器，对其采用进位截断机制实现亚字并行功能。饱和判断部分，给出了基础加减法饱和判断方法，并对其经行了优化，接着分析了乘加运算预判断溢出技术，并结合指令集给出了适合本设计的饱和判断方法。按照本文给出的亚字并行技术，可以以较小的实现代价完成任意位宽的高性能乘/乘加单元。本设计为6级流水线结构，使用UVM平台进行验证，在DC综合工具的环境及2使用0.18μmSIMC工艺库下，128位SIMD算术单元的面积为59