基于近似6-2和4-2压缩器的近似乘法器及计算方法技术

本发明专利技术提出了一种基于近似6‑2和4‑2压缩器的近似乘法器及计算方法，该近似乘法器包括部分积生成模块、部分积树形压缩模块和进位加法器模块；部分积生成模块为一个与门阵列，乘数和被乘数的每一位通过与操作得到相应的部分积；所述部分积树形压缩模块包括精确压缩单元、近似压缩单元和截断单元；进位传播加法器用于精确压缩单元和近似压缩单元的输出信号相加得到的输出信号和截断单元的输出信号组合得到结果。本发明专利技术能极大地减少乘法器的面积开销，延时与功耗，从而提高乘法器的性能并降低能耗。

Approximate multiplier and calculation method based on approximate 6-2 and 4-2 compressors

【技术实现步骤摘要】
基于近似6-2和4-2压缩器的近似乘法器及计算方法
本专利技术属于集成电路
，具体的说是一种基于近似6-2压缩器和近似4-2压缩器的近似乘法器及计算方法。
技术介绍
近年来，随着大数据、人工智能的快速发展，计算机的算力不断提高，但同时也意味着功耗的大量增加。大数据、人工智能和多媒体等应用往往具有良好的容错性，不要求完全精确，因此，近似计算技术能有效地解决其高功耗问题。近似计算通过适当放松计算精度，在满足期望的精度要求下，获得计算性能和计算能耗的大幅优化。这使得近似计算可以利用降低复杂性和成本的优势，改变现有数字电路和系统的设计过程，设计具有更低功耗、延时和面积的近似电路，提高电路的性能。乘法器是数字处理器的关键算术单元，从滤波到卷积神经网络都广泛使用。传统精确乘法器保证了输出结果完全正确，但是消耗了大量的资源，具有较高的延迟和功耗。将传统精确乘法器进行改进能够得到近似乘法器，然而不合理地改动逻辑得到的近似往往具有很大的误差。某些可以容忍一定误差的应用场景中，如果同时考虑乘法器的复杂度与运算精度，就需要设计一个高精度、低复杂度的近似乘法器，以满足其要求。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于近似6-2和4-2压缩器的近似乘法器及计算方法，以期能在降低近似乘法器的延时，功耗和面积的同时保持高的精确度，从而能提高近似乘法器的计算性能并降低能耗。本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：本专利技术一种基于近似6-2和4-2压缩器的近似乘法器的特点包括：部分积生成模块、部分积树形压缩模块和进位加法器模块；所述部分积生成模块为与门阵列，所述与门阵列用于对n位的乘数和n位的被乘数进行“与”逻辑计算，得到n×n个部分积，并由n×n个部分积组成2n-1列部分积压缩树；所述部分积树形压缩模块包括：精确压缩单元、近似压缩单元和截断单元；所述精确压缩单元利用精确4-2压缩器和全加器对所述部分积压缩树中权重最高的n-3列的部分积进行压缩处理，得到精确压缩结果；所述近似压缩单元利用近似6-2压缩器和近似4-2压缩器对所述部分积压缩树中权重次高的n-3列的部分积进行压缩处理，得到近似压缩结果；由所述精确压缩结果和近似压缩结果组成预处理结果；所述截断单元对所述部分积压缩树中最后5列的部分积进行截断处理，得到5位全零的截断结果；所述进位传播加法器对所述预处理结果中每列的部分积进行相加处理，得到前2n-5位的二进制结果后，与5位全零的截断结果进行组合，从而得到最终的2n位二进制结果。本专利技术所述的近似乘法器的特点在于：所述近似6-2压缩器是由3个二输入的与门、3个二输入的或门以及3个三输入的或门组成，并依次为：二输入的第一与门、第二与门和第三与门，二输入的第一或门、第二或门和第三或门以及三输入的第四或门、第五或门和第六或门；由第四或门的第一输入端和第一或门的第一输入端互相连接并作为所述近似6-2压缩器的第一输入端；由第四或门的第二输入端作为所述近似6-2压缩器的第二输入端；由第四或门的第三输入端和第一或门的第二输入端互相连接并作为所述近似6-2压缩器的第三输入端；由第二或门的第一输入端和第二与门的第一输入端互相连接并作为所述近似6-2压缩器的第四输入端；由第二或门的第二输入端和第二与门的第二输入端互相连接并作为所述近似6-2压缩器的第五输入端；由第三或门的第二输入端作为所述近似6-2压缩器的第六输入端；第二与门的输出端连接第三或门的第一输入端；第三或门和第二或门的输出端分别连接第三与门的第一、第二输入端；第四或门、第一或门和第三与门的输出端分别连接第六或门的第一、第二、第三输入端；第六或门的输出端作为所述近似6-2压缩器的第一输出端；第四或门和第一或门的输出端分别连接第一与门的第一、第二输入端；第二与门的输出端连接第三或门的第一输入端；第一与门、第二或门和第三或门的输出端分别连接第五或门的第一、第二、第三输入端；第五或门的输出端作为所述近似6-2压缩器的第二输出端。所述近似4-2压缩器包括2个反相器、6个二输入的与门以及2个四输入的或门，并依次为：第一反相器和第二反相器，二输入的第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第五与门和第六与门以及四输入的第一或门和第二或门；由第一与门的第一输入端、第二与门的第一输入端和第六与门的第一输入端相互连接并作为所述近似4-2压缩器的第一输入端；由第一与门的第二输入端、第三与门的第一输入端和第五与门的第一输入端相互连接并作为所述近似4-2压缩器的第二输入端；由第二与门的第二输入端、第三与门的第二输入端、第四与门的第一输入端、第一反相器的输入端和第二反相器的输入端相互连接并作为所述近似4-2压缩器的第三输入端；由第四与门的第二输入端和第二或门的第四输入端相互连接并作为所述近似4-2压缩器的第四输入端；第一反相器的输出端连接第五与门的第二输入端；第二反相器的输出端连接第六与门的第二输入端；第一与门、第五与门和第六与门的输出端分别连接第二或门的第一、第二、第三输入端；第二或门的输出端作为所述近似4-2压缩器的数据输出端；第一与门、第二与门、第三与门和第四与门的输出端分别连接第一或门的第一、第二、第三、第四输入端；第一或门的输出端作为所述近似4-2压缩器的进位输出端。本专利技术一种基于近似6-2和4-2压缩器的近似乘法器的计算方法的特点是按如下步骤进行：步骤一：部分积的生成：利用与门阵列对n位的乘数和n位的被乘数进行“与”逻辑计算，生成n×n个部分积，并由n×n个部分积组成2n-1列部分积压缩树；步骤二：近似4-2压缩器的搭建：根据式(1)的逻辑关系，并利用2个反相器、6个二输入与门以及2个四输入或门搭建近似4-2压缩器：式(1)中，设Y1、Y2、Y3和Y4分别为近似4-2压缩器的四个输入端，Sum、Carry分别为近似4-2压缩器的输出端和进位输出端；步骤三：近似6-2压缩器的搭建：根据式(2)的逻辑关系，并利用3个二输入与门、3个二输入或门以及3个三输入或门搭建近似6-2压缩器：式(2)中，X1、X2、X3、X4、X5和X6分别为所述近似6-2压缩器的六个输入端，Sum1、Sum2分别为所述近似6-2压缩器的第一、第二输出端；步骤四：部分积压缩树的化简：将部分积压缩树权重最低的列定义为压缩树的第1列，将部分积压缩树的第1列到第5列定义为截断阵列，将部分积压缩树的第6列到第n+2列定义为近似压缩阵列，将部分积压缩树的第n+3列到第2n-1列定义为精确压缩阵列；将所述截断阵列中的部分积均置为零，从而输出5位全零的二进制数作为截断结果；利用近似6-2压缩器和近似4-2压缩器对所述近似压缩阵列中每列的部分积进行压缩处理，得到近似压缩结果；利用精确4-2压缩器和全加器对精确压缩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于近似6-2和4-2压缩器的近似乘法器，其特征包括：部分积生成模块、部分积树形压缩模块和进位加法器模块；/n所述部分积生成模块为与门阵列，所述与门阵列用于对n位的乘数和n位的被乘数进行“与”逻辑计算，得到n×n个部分积，并由n×n个部分积组成2n-1列部分积压缩树；/n所述部分积树形压缩模块包括：精确压缩单元、近似压缩单元和截断单元；/n所述精确压缩单元利用精确4-2压缩器和全加器对所述部分积压缩树中权重最高的n-3列的部分积进行压缩处理，得到精确压缩结果；/n所述近似压缩单元利用近似6-2压缩器和近似4-2压缩器对所述部分积压缩树中权重次高的n-3列的部分积进行压缩处理，得到近似压缩结果；/n由所述精确压缩结果和近似压缩结果组成预处理结果；/n所述截断单元对所述部分积压缩树中最后5列的部分积进行截断处理，得到5位全零的截断结果；/n所述进位传播加法器对所述预处理结果中每列的部分积进行相加处理，得到前2n-5位的二进制结果后，与5位全零的截断结果进行组合，从而得到最终的2n位二进制结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于近似6-2和4-2压缩器的近似乘法器，其特征包括：部分积生成模块、部分积树形压缩模块和进位加法器模块；
所述部分积生成模块为与门阵列，所述与门阵列用于对n位的乘数和n位的被乘数进行“与”逻辑计算，得到n×n个部分积，并由n×n个部分积组成2n-1列部分积压缩树；
所述部分积树形压缩模块包括：精确压缩单元、近似压缩单元和截断单元；
所述精确压缩单元利用精确4-2压缩器和全加器对所述部分积压缩树中权重最高的n-3列的部分积进行压缩处理，得到精确压缩结果；
所述近似压缩单元利用近似6-2压缩器和近似4-2压缩器对所述部分积压缩树中权重次高的n-3列的部分积进行压缩处理，得到近似压缩结果；
由所述精确压缩结果和近似压缩结果组成预处理结果；
所述截断单元对所述部分积压缩树中最后5列的部分积进行截断处理，得到5位全零的截断结果；
所述进位传播加法器对所述预处理结果中每列的部分积进行相加处理，得到前2n-5位的二进制结果后，与5位全零的截断结果进行组合，从而得到最终的2n位二进制结果。


2.根据权利要求1所述的近似乘法器，其特征在于：
所述近似6-2压缩器是由3个二输入的与门、3个二输入的或门以及3个三输入的或门组成，并依次为：二输入的第一与门、第二与门和第三与门，二输入的第一或门、第二或门和第三或门以及三输入的第四或门、第五或门和第六或门；
由第四或门的第一输入端和第一或门的第一输入端互相连接并作为所述近似6-2压缩器的第一输入端；
由第四或门的第二输入端作为所述近似6-2压缩器的第二输入端；
由第四或门的第三输入端和第一或门的第二输入端互相连接并作为所述近似6-2压缩器的第三输入端；
由第二或门的第一输入端和第二与门的第一输入端互相连接并作为所述近似6-2压缩器的第四输入端；
由第二或门的第二输入端和第二与门的第二输入端互相连接并作为所述近似6-2压缩器的第五输入端；
由第三或门的第二输入端作为所述近似6-2压缩器的第六输入端；
第二与门的输出端连接第三或门的第一输入端；第三或门和第二或门的输出端分别连接第三与门的第一、第二输入端；第四或门、第一或门和第三与门的输出端分别连接第六或门的第一、第二、第三输入端；第六或门的输出端作为所述近似6-2压缩器的第一输出端；
第四或门和第一或门的输出端分别连接第一与门的第一、第二输入端；第二与门的输出端连接第三或门的第一输入端；第一与门、第二或门和第三或门的输出端分别连接第五或门的第一、第二、第三输入端；第五或门的输出端作为所述近似6-2压缩器的第二输出端。


3.根据权利要求1所述的近似乘法器，其特征在于：
所述近似4-2压缩器包括2个反相器、6个二输入的与门以及2个四输入的或门，并依次为：第一反相器和第二反相器，二输入的第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第五与门和第六与门以及四输入的第一或门和第二或门；
由第一与门的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁华国，方宝，盛勇侠，鲁迎春，黄正峰，易茂祥，蒋翠云，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34