應(yīng)用于DSP系統(tǒng)的能量感知技術(shù)研究.pdf

1、近些年，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的崛起，移動多媒體設(shè)備蓬勃發(fā)展，可以集成的應(yīng)用也越來越多，極大的方便了人們的生活。但是過多的應(yīng)用導(dǎo)致芯片能耗居高不下，而且芯片的功率密度隨著CMOS工藝線寬的降低而迅速上升，能耗成為移動多媒體設(shè)備發(fā)展的瓶頸。而數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，DSP)系統(tǒng)作為移動多媒體設(shè)備的主要運算單元，對設(shè)備的性能和能耗都有非常大的影響，如何設(shè)計低能耗DSP系統(tǒng)成為降低移動多媒體設(shè)備能耗的關(guān)鍵。本文

2、從發(fā)展現(xiàn)狀，理論基礎(chǔ)和設(shè)計方法對應(yīng)用于DSP系統(tǒng)的能量感知(Energy-aware)技術(shù)進行了深入的研究，并選取乘法器和離散余弦變換(Discrete Cosine Transform，DCT)系統(tǒng)作為設(shè)計載體，結(jié)合減小運算范圍，減少運算次數(shù)和降低電壓這三種降低系統(tǒng)能耗的技術(shù)，設(shè)計出了基于概率預(yù)測的高能效固定位寬乘法器和具有能量感知特性的可變精度二維DCT系統(tǒng)。
　　本文從概率預(yù)測算法和補償電路架構(gòu)入手，詳細介紹了概率預(yù)測型固定

3、位寬Booth乘法器設(shè)計原理。然后利用Synopsys公司的EDA工具進行功能仿真和性能仿真，再著重分析乘法器在精度和能耗方面的表現(xiàn)。分析發(fā)現(xiàn)，本設(shè)計只需要較少的能量就能夠得到精度較高的計算結(jié)果，實現(xiàn)高能效計算。之后進行了后端設(shè)計和后端驗證相關(guān)工作，并在0.18μm標準CMOS工藝下進行流片，最后對芯片進行了測試，測試結(jié)果表明芯片可以正常工作。在概率預(yù)測型固定位寬 Booth乘法器的基礎(chǔ)上設(shè)計出了可變精度的固定位寬乘法器，將其運用在二維

4、DCT系統(tǒng)中，并結(jié)合減小運算范圍和減少運算次數(shù)這兩種降低系統(tǒng)能耗的技術(shù)，設(shè)計出了具有能量感知特性的可變精度二維DCT系統(tǒng)。然后利用UVM(Universal Verification Methodology)驗證平臺進行功能仿真和精度指標的計算，利用 Power Compiler進行功耗仿真，再整體分析系統(tǒng)的精度和能耗。與其他可變精度的二維DCT架構(gòu)對比后發(fā)現(xiàn)，本設(shè)計的各個精度模式比較均衡，精度相對較高，但是能耗相對都很低。之后對二維D