高性能向量協(xié)處理器的運算單元設計與fpga實現

1、高性能向量協(xié)處理器的運算單元設計與高性能向量協(xié)處理器的運算單元設計與FPGA實現實現TheDesignFPGAImplementofaHighPerfmanceVectCoprocessArithmeticUnit學科專業(yè)：計算機科學與技術研究生：李光赫指導教師：郭煒研究員天津大學計算機科學與技術學院二零一六年五月萬方數據I摘要為了滿足多媒體處理等快速向量運算的需求，當今的主流處理器均進行了單指令多數據（SIMD）指令集的擴展。IBM公

2、司、Motola公司和Apple公司聯合開發(fā)的PowerPC處理器架構也提供了自己的向量運算指令集Altivec，為復雜的網絡處理、多媒體、視頻、音頻和圖像處理等應用提供了高速的向量運算能力。本文針對Altivec指令集設計了一個高性能向量協(xié)處理器的運算單元，并把協(xié)處理器通過PowerPC處理器預留的AuxiliaryProcessUnit（APU）接口與PowerPC主處理器結合。本文還進行了Altivec協(xié)處理器的頂層架構，向量浮點

3、運算模塊，向量復雜定點運算和加載存儲的三個功能單元的設計，以及PowerPC主處理器的耦合設計。本文設計了一個新的基于查找表和乘法的用于除法，倒數，平方根，平方根倒數的浮點數運算算法，并根據此算法實現了浮點運算單元。本設計最后在FPGA上實現。在面積方面，Altivec向量協(xié)處理器在Synopsis的.13um的工藝下，總面積為2324669um2，在XilinxVertex6xc6vcx75tFPGA上，LUT數為131。帶Altiv

4、ec向量協(xié)處理器的PowerPC405處理器在Synopsis的.13um的工藝下，總面積為3223547um2在XilinxVertex6xc6vcx75t上，LUT數為33496。在速度方面，Altivec向量協(xié)處理器在Synopsis的.13um工藝下，其速度為197MHz，在XilinxVertex6xc6vcx75tFPGA上，速度為153MHz。帶Altivec向量協(xié)處理器的PowerPC405處理器在Synopsis的.1