多核处理器高性能alu单元设计研究

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1、西安电子科技大学硕士学位论文多核处理器高性能ALU单元设计研究姓名：董博辉申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：马佩军20100101摘要算术逻辑部件(ALU)作为微处理器中最重要和最常用的运算部件之一，它的速度和功耗对整个微处理器性能具有重要的影响。本文深入研究了ALU的结构和核心加法器原理，根据网络处理器中微处理器的特点，实现了一种应用于微引擎的32位ALU部件。该ALU支持32位微引擎的所有逻辑运算和算术运算指令。通过采用全定制设计方法，在算法、电路、版图等各个层次分别进行设计优化，使ALU的性能得到提升。通过对现有ALU结构和加法器原理进行分析研究，在普通并行前缀加

2、法器基础上进行改进，采用不等位分组实现进位的方法，即在组内采用并行前缀进位、组外采用串行进位的方法实现加法器进位。为了降低电路的晶体管数量，减小芯片面积，采用传输管逻辑作为ALU的电路实现方式，并通过理论计算和Spice仿真两种方式对关键路径的参数进行优化。用HspiCe在频率为500M}Iz，电源电压为2．5V的条件下进行仿真，延时为0．84璐，平均功耗为40mw，晶体管数量为5008。在O．25um工艺的典型条件下，借助Calibre完成ALU全定制版图物理检查及寄生参数提取。用Hspice仿真所实现版图的关键路径延时为1．1ns，平均功耗为48mw，版图面积为0．054nm2。关键词

3、：MEALU并行前缀加法器全定制版图AbstKIctAbstract崩tllmeticlogicu11itisoneofmemostiII印nantaIldcommoncomputingcomponentsi11memicroprocessor-Thespeed卸dpowerdissipationh嬲asi画fic锄tiIIlpactonIIlicroprocessor’spe响姗allce．Thes仰ctureofALU锄dadder研ncipleisstudied证thismesis．Accordingt0thech牡aCteristicsofIIlicroprocessorinthe

4、networkprocess_ors，a32-bitALUcomponentappliedi11廿1elnicr0·engineisdesi印ed．nsupponsalltllelogicaloperationSand撕岫eticir塔tnIctionSof32-bitmicr0一engine．Bymll-cuStomdesi口，tlledesi印optimizationisc秭edoutt0iIIlprovet11eperf-oml锄ceofALUinme甜gorithm，circuitarldlayoutlevel．Throu曲tlleaIlalysisont11eexistingAL

5、UStructureandtheadder砸nciple，megeneralpamllelprefixadderisinlprovedby甜leIicgroup堍mettlodt0generatec邺70ut．Thatisparallelprefixcar巧in印up锄dSerialca盯y‰engroups．IIlorderto同ucethetr锄siStornumberofthec№uit’ALUisiIllplemented诵mpaSs一缸arlsistorlogic．Th．ou曲t11eoreticalcalculation孤1dSpicesimulatioIl’thetransi

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7、pletI耐、7I，ithCalibre．HspiceshIlulationsho、ⅣStllattllecriticalpathdelayof1．1璐，aVeragep0、张rconSumptionis48mw；layoutareaisO．054mm2．Keyword：MEALUParaUeIPr．：fixAdderFuU-CustomLayout西安电子科技大学学位论文创新性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本