1GHz向量執(zhí)行部件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、YHFT-XX是一款國產(chǎn)的高性能多核數(shù)字信號處理（DSP）芯片，內(nèi)核采用11發(fā)射超長指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)，單條指令40或80位。向量處理部件（PXX）是DSP內(nèi)核中面積最大的一個(gè)模塊，每個(gè)PXX內(nèi)部包含16個(gè)向量執(zhí)行部件（PX），PX性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)芯片的性能。這款芯片要求DSP主頻達(dá)到1GHz以上，這一設(shè)計(jì)目標(biāo)對PX的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文首先通過分析PX的整體結(jié)構(gòu)確定了層次化設(shè)計(jì)方法，根據(jù)DC綜合結(jié)果確定了各個(gè)模

2、塊所必須采取的優(yōu)化策略，然后采用不同的優(yōu)化方法對PX內(nèi)各個(gè)模塊進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地減少了面積、降低了功耗、達(dá)到了1GHz以上工作頻率的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于ASIC自動綜合的方法得到了整個(gè)PX中各個(gè)子模塊的時(shí)序和面積數(shù)據(jù)，經(jīng)過綜合結(jié)果分析，確定了層次化綜合策略和不同模塊采用不同優(yōu)化措施的整體優(yōu)化方案。首先在微體系結(jié)構(gòu)級對關(guān)鍵路徑進(jìn)行優(yōu)化，然后對向量寄存器文件（RF）和向量乘累加（Multiply and Ac

3、cumulator，MAC）部件中的64位乘法器采用定制設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其它子模塊采用半定制設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法。⑵研究分析了各種微體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，并對RF中旁路譯碼模塊、存儲陣列寫譯碼模塊和旁路陣列等關(guān)鍵模塊進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵路徑可以減少15％的延時(shí)，32位乘法器面積減少64%。⑶完成了RF模塊的全定制與半定制混合設(shè)計(jì)優(yōu)化和64位乘法器模塊基于數(shù)據(jù)流驅(qū)動的手工半定制設(shè)計(jì)優(yōu)化，以及其它模塊的半定制設(shè)計(jì)，有效地縮短了設(shè)計(jì)周期、減少了面積、

4、降低了功耗、提高了性能。64位乘法器和RF中全定制模塊時(shí)序滿足1GHz的設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)面積滿足設(shè)計(jì)需求。⑷完成了對PX各模塊的層次化物理設(shè)計(jì)與集成。首先分別對MAC和RF進(jìn)行物理設(shè)計(jì)，其中對RF中旁路陣列與二選一和64位乘法器采用基于數(shù)據(jù)流驅(qū)動的手工半定制物理設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)，最后在PX頂層調(diào)用RF中的全定制宏模塊和采用半定制設(shè)計(jì)的模塊MAC，完成整個(gè)物理設(shè)計(jì)的集成與優(yōu)化，取得了顯著的效果。在時(shí)鐘周期為950ps的約束下，PX兩種布局方案都