一种改进的基于Kogge_Stone结构的并行前缀加法器

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1、２８卷第２期微电子学与计算机Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．２２０１１年２月ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ＆ＣＯＭＰＵＴＥＲＦｅｂｒｕａｒｙ２０１１一种改进的基于Ｋｏｇｇｅ－Ｓｔｏｎｅ结构的并行前缀加法器赵翠华，娄冕，张洵颖，沈绪榜（西安微电子技术研究所，陕西西安７１００５４）摘要：基于并行前缀算法的Ｋｏｇｇｅ－Ｓｔｏｎｅ结构，通过改进其结构层次上的逻辑电路，提出一种改进的并行前缀加法器．与传统电路相比，该加法器不仅可以减小面积、功耗和延时，而且随着位宽的加大其优势更加明显，是适用于宽位的并行前缀加法器．关键词：

2、并行前缀算法；Ｋｏｇｇｅ－Ｓｔｏｎｅ结构；并行前缀加法器中图分类号：ＴＰ３３２．２＋１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－７１８０（２０１１）０２－００４７－０４ＡｄｖａｎｃｅｄＰａｒａｌｌｅｌＰｒｅｆｉｘＡｄｄｅｒＢａｓｅｄｏｎＫｏｇｇｅ－ＳｔｏｎｅＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＺＨＡＯＣｕｉ－ｈｕａ，ＬＯＵＭｉａｎ，ＺＨＡＮＧＸｕｎ－ｙｉｎｇ，ＳＨＥＮＸｕ－ｂａｎｇ（Ｘｉ′ａｎＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ′ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａ

3、ｓｅｄｏｎＫｏｇｇｅ－Ｓｔｏｎｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｐａｒａｌｌｅｌｐｒｅｆｉｘａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎａｄｖａｎｃｅｄｐａｒａｌｌｅｌｐｒｅｆｉｘａｄｄｅｒｂｙｉｍｐｒｏ－ｖｉｎｇｔｈｅｌｏｇｉｃｃｉｒｃｕｉｔｏｆｉｔｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｌｅｖｅｌｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｏｎｅ，ｔｈｉｓａｄｄｅｒｎｏｔｏｎｌｙｃａｎｓａｖｅｔｈｅａｒｅａ，ｐｏｗｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎａｎｄｄｅｌａｙ，ｂｕｔａｌｓｏｈａｖｅｍｏｒｅｐｒｅｐｏｎｄｅ

4、ｒａｎｔｗｉｔｈｔｈｅｏｐｅｒａｎｄｂｉｔｓｉｎｃｒｅａｓｅ，ｉｓｓｕｉｔ－ａｂｌｅｆｏｒｐａｒａｌｌｅｌｐｒｅｆｉｘａｄｄｅｒｏｆｍｕｌｔｉ－ｂｉｔｏｐｅｒａｎｄｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒａｌｌｅｌｐｒｅｆｉｘａｌｇｏｒｉｔｈｍ；Ｋｏｇｇｅ－Ｓｔｏｎｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；ｐａｒａｌｌｅｌｐｒｅｆｉｘａｄｄｅｒ［１］性的并行前缀结构有Ｓｋｌａｎｓｋｙ结构、Ｂｒｅｎｔ－Ｋｕｎｇ１引言［２］［３］结构和Ｋｏｇｇｅ－Ｓｔｏｎｅ结构等．本文将对并行前加法器是处理器数据路径的核心，是实现乘法缀算法的结构进

5、行分析和研究，并基于Ｋｏｇｇｅ－器和除法器的基础，它直接影响处理器的性能以及Ｓｔｏｎｅ结构，通过改进其结构层次上的逻辑电路，提系统整体性能．随着处理器运算速度的不断提高，对出一种改进的并行前缀加法器．加法器速度的要求也越来越高．虽然到目前为止，已２并行前缀算法经提出了很多成熟的加法器的算法和结构，但高速加法器的设计仍然是研究的热点，其中，并行前缀加并行前缀算法可以分为２类：组前缀算法和树［７］法器（ＰａｒａｌｌｅｌＰｒｅｆｉｘＡｄｄｅｒ）的设计更是热点中的前缀算法．组前缀算法是将操作数划分为不同位热点

6、．近几年有很多关于并行前缀加法器的研数的组，使前缀算法有最大的并行级数，图１（ａ）所［１－５］示为一个２组１级并行的组前缀算法结构图．树前究，并行前缀加法器是二进制加法器中一类通用的加法器，它通过改变直通非循（ＤｉｒｅｃｔｅｄＡｃｙｃｌｉｃ缀算法是将操作数划分为固定位数的组，使组前缀Ｇｒａｐｈ）的拓扑结构，可涵盖由行波进位加法器到较算法有最大的并行级数，其典型的结构如图１（ｂ）～［６］（ｄ）所示．组前缀和树前缀算法关系密切，在组前缀快的超前进位加法器等很多种类的加法器．并行前缀加法器由许多相同的前缀运

7、算单元组成，结构结构上应用最大数目的并行级数，就可以获得树前规整，非常适用于ＶＬＳＩ实现．缀算法．实际没有必要区分组前缀和树前缀算法，只并行前缀算法有很多具体实现结构，具有代表需将其都看作并行前缀算法．收稿日期：２０１０－０３－１３；修回日期：２０１０－０５－１０４８微电子学与计算机２０１１年并行前缀加法器由预处理阶段、前缀级进位链其中，并行前缀进位链阶段是其中最重要的．根据文阶段和后处理阶段组成．预处理阶段主要是计算初献［７］，Ｓｋｌａｎｓｙ结构、Ｂｒｅｎｔ－Ｋｕｎｇ结构和Ｋｏｇｇｅ－始各位的进位产

8、生信号和进位传播信号；前缀级进Ｓｔｏｎｅ结构的并行前缀加法器的比较见表１，其中ｎ位链阶段主要是计算最终各位的进位产生信号以及为操作数位数，ｌｏｇｎ指ｌｏｇ２ｎ．进位传播信号；后处理阶段求最终的和及进位输出．表１三种结构的并行前缀加法器比较并行前缀结构计算时间ｔ计算面积Ａ面积时间乘积Ａ·ｔ互连线面积Ａｔｒａｃｋｓ最大扇出２Ｓｋｌａｎｓｋｙｌｏｇｎｎｌｏｇｎ／２ｎｌｏｇｎ／２ｌｏｇｎｎ／２Ｂｒｅｎｔ－Ｋｕｎｇ２ｌｏｇｎ－２２ｎ－ｌｏｇｎ－２４ｎｌｏｇｎ２ｌｏ