科因巴托爾的PSG技術(shù)學(xué)院的工程學(xué)生們最近提出了高能效DSP和其它處理器的設(shè)計(jì)提案，這些提案包括了一種新的加法器設(shè)計(jì)，可以通過(guò)邏輯分解應(yīng)用于乘法器電路上。

在最近這里舉行的超大規(guī)模集成電路學(xué)會(huì)上的一篇論文中，Sundeepkumar Agarwal, V.K. Pavankumar 和 R. Yokesh描述了一種全加器結(jié)構(gòu)，這種全加器基于補(bǔ)碼傳遞晶體管邏輯（CPL），它主要包括NMOS晶體管和上拉PMOS晶體管，用以獲得更好的輸出電壓，他們表示這種結(jié)構(gòu)比已有的加法器更快，同時(shí)能效更高。

“基于NMOS晶體管應(yīng)用的正反饋效應(yīng)，這種電路結(jié)構(gòu)本身就具有很快的速度，同時(shí)這種特性還可以用來(lái)縮小晶體管的寬度，因此可以在保持速度的同時(shí)減少能量消耗?！闭撐闹羞€寫到：“提案中的加法器的結(jié)構(gòu)在‘和’以及‘進(jìn)位’信號(hào)之間取得平衡，因此可以減少樹(shù)狀結(jié)構(gòu)電路中的同時(shí)到達(dá)的信號(hào)之間不必要的干擾脈沖。

這項(xiàng)設(shè)計(jì)中比通常的設(shè)計(jì)使用了更多的晶體管，因?yàn)樗枰?個(gè)反向器用于產(chǎn)生補(bǔ)碼信號(hào)?！氨M管如此，當(dāng)加法器在乘法器上應(yīng)用時(shí)，輸入的補(bǔ)碼信號(hào)可以通過(guò)前一級(jí)的輸出產(chǎn)生，這樣可以減少晶體管數(shù)量，”作者進(jìn)一步補(bǔ)充：“同時(shí)，由于使用了上拉晶體管，即使不使用反向器，加法器的驅(qū)動(dòng)性能也相當(dāng)優(yōu)秀。”

“因此，輸出反向器可用于設(shè)計(jì)的其他方面。例如，在4位行波進(jìn)位加法器中，第2級(jí)和第4級(jí)的加法器不需要用輸出反向器進(jìn)行進(jìn)位產(chǎn)生，因此，加法器鏈上的反向器延遲每?jī)杉?jí)全加器抵消一次，因此可以減少4個(gè)晶體管，類似的，在乘法器這樣的復(fù)雜設(shè)計(jì)中，用于產(chǎn)生“和”以及“進(jìn)位”的輸出反向器可以用于其它方面，因此可以改善電路的速度和減小面積。

乘法器設(shè)計(jì)

為了改善DSP 的核心部件乘法器的性能，論文的作者們還提案了另一項(xiàng)利用邏輯分解的技術(shù)，利用減少內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的偽晶體管的數(shù)量加快速度削減能耗。

在他們的提案中，數(shù)字乘法器可以通過(guò)邏輯分解實(shí)現(xiàn)，乘法的過(guò)程可以分解為小的單元（更小的乘法器），同時(shí)這些小的單元的輸出在組合成為最后的結(jié)果，這種并行運(yùn)算的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的樹(shù)狀乘法器更有優(yōu)勢(shì)。

以一個(gè)8 x 8的乘法器為例，當(dāng)進(jìn)行邏輯分解時(shí)，研究人員在第一級(jí)使用4個(gè)4x4乘法器然后組合所有的部分積，這些4x4 乘法器的輸出組合成為最后的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中使用了現(xiàn)行的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)乘法器，也就是大家熟知的Wallace快速乘法器。

分解邏輯需要額外的電路結(jié)構(gòu)用于進(jìn)行4x4乘法器輸出相加，但是其并行處理的結(jié)構(gòu)可以獲得極大的速度改善，由于最后的加法器電路的輸入都是并行同時(shí)到達(dá)，因此減少了尖脈沖的干擾，因此也就降低了能量損失。

研究人員還表示這種邏輯分解可以進(jìn)一步進(jìn)行，例如4x4 的乘法器可以進(jìn)一步分解為兩個(gè)2x4的乘法器或者4個(gè)2x2的乘法器，不過(guò)這樣帶來(lái)的額外電路的代價(jià)會(huì)超過(guò)從數(shù)據(jù)并行處理中的收益

基于這項(xiàng)提案的仿真在TSpice平臺(tái)上通過(guò)，使用臺(tái)積電180納米技術(shù)。