浅谈64位高性能浮点运算单元的设计与验证

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1、上海交通大学硕士学位论文64位高性能浮点运算单元的设计与验证姓名：刘哲申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：陈进20050101上海交通大学硕士论文64位高性能浮点运算单元的设计与验证64位高性能浮点运算单元的设计与验证摘要随着集成电路产业的发展集成电路得到广泛的应用其中高性能处理器在国民生产各领域显示出越来越重要的作用在高性能处理器中运算单元直接关系到整个处理器的性能而浮点运算单元是高端处理器中不可缺少的一部分其复杂的结构和广泛的应用使其成为处理器研究中的一个热点和难点而国内在此方面的研究才刚刚起步成果令人堪忧本文提出一种

2、64位双精度浮点运算单元的设计实现方法从使用频率最高的浮点加减法运算为切入点提出一种新颖的双精度浮点加法器结构该结构使用优化的数据通路划分方法将浮点运算分成两条数据通路即N-path和R-path使得N-path避免了舍入处理R-path避免了对结果符号的处理从而大大简化了电路结构不仅如此在各分支路径上也采用各种优化手段这些改进的算法包括1更清晰的数据路径划分标准2采用PN编码进行前导零预测3采用复合加法器进行指数和尾数的加减法运算4统一结果值域范围5提出预移位的概念简化尾数对齐操作并协调指数尾数关系6提出基于插值的舍入算法本文从理论

3、的角度分析和制定了加法器的结构和性能给出了各算法的理论基础和数学证明并采用逻辑级的概念对其进行了时延分析和流水线结构制定采用模块化设计的思想对其结构进行了模块划分对今后的改进和重构奠定了重要基础本设计使用Verilog硬件描述语言对其进行了RTL级建模使用Synopsys的VCS工具进行仿真验证并用DesignCompiler工具进行0上海交通大学硕士论文64位高性能浮点运算单元的设计与验证DESIGNANDVERIFORCATIONOF64BITSHIGHPERFORMANCEFLOATING-POINTARITHMETICUNIT

4、ABSTRACTAsthedevelopmentofIntegratedCircuitindustry,theICproductshavebeenwidelyusedandplayedaveryimportantroleinvariousfieldespeciallythehighperformanceprocessor.Thefloatingpointunitisapartofarithmeticmodulewhichalwaysdominatestheoverallsystemperformance.Soithasbecomeah

5、ottopicinbothmicroprocessorandsignalprocessorresearchfieldduetoitscomplicatedcircuittopologiesandwideusage.However,domesticrelatedresearchhasjuststartedandhasnotaccomplishedasatisfiedoutcomeyet.Inthisthesis,wepresentedanoptimizedmethodtodesignandimplementa64bitdoublepre

6、cisionfloatingpointarithmeticunitwhichismainlyfocusedonthefrequentlyusedoperation:additionandsubtraction.Thisfloatingpointadder(FPA)hasafreshstructurewith2datapaths:N-pathandR-path.ThedatapathdivisioncanreducethecomplicatedstructurebyavoidingroundingdecisionpartinN-path

7、andhandlingthesignissueinR-path.Moreover,optimizedalgorithmsandmethodsareusedineverybranchstructurewhichincludethefollowingpoints:1.Clearcriterionofdividingdatapath;2.UsingPNrecodertopredictthenumberofleadingzeros;3.UsingCompoundAddertocalculatesummaryordifferenceofexpo

8、nentsandsignificands;4.Unifyingtherangeofresultvalue;5.PresentingPre-shifttheorytosimplifytheoperationofsignif