一种基于信号权值交换的近似4-2压缩器制造技术

本发明专利技术属于集成电路技术领域，涉及一种基于信号权值交换的近似4

【技术实现步骤摘要】
一种基于信号权值交换的近似4
‑
2压缩器


[0001]本专利技术属于集成电路
，涉及一种基于信号权值交换的近似4
‑
2压缩器。

技术介绍

[0002]近年来，随着数据挖掘和深度学习等越来越多领域的崛起，一方面，计算需求量大大提高，使得系统能耗剧增，这也引起了探究芯片低功耗技术的浪潮。而在高性能、高集成度的系统中，功耗带来的高发热问题可能增大电路器件散热压力。因此，芯片的低功耗设计需要得到进一步的重视。目前在具有可容错特性的应用中，近似计算这一方法通过引入一定的可以接受的误差从而在较大程度上降低功耗和面积，提升电路性能和速度，这是解决功耗过大的一种可行方案。
[0003]乘法器作为计算系统中基本且重要的计算单元，是近似计算领域中被研究的重要对象。乘法器由部分积生成、部分积压缩和最终进位求和这三部分组成，其中部分积压缩在整个乘法器中有着较大的面积资源占用，功耗以及延时也占据主要部分。在部分积压缩中，通常使用如全加器、半加器、4
‑
2压缩器等压缩器对阵列进行压缩。其中，4
‑
2压缩器压缩率相对较高，在有相应输入个数的部分积时优先使用该压缩器。但全精度的4
‑
2压缩器的面积和功耗仍然偏高，因此，选择对4
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2压缩器进行一定的近似处理，从而在精度、面积、功耗以及延时等方面进行优化，并与精度这一指标进行权衡。

技术实现思路

[0004]针对可容错系统，本专利技术提出了一种新型近似4
‑
2压缩器，与传统4
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2压缩器相比在电路面积、电路结构、功耗和延时都有一定程度的优化。并且相较于大部分采用舍去进位输入和输出信号的近似4
‑
2压缩器，本专利技术保留了五个输入和三个输出，其中五个输入分别为A、B、C、D和Cin，这五个输入权值相同；三个输出分别为Sum、Carry和Cout，Sum表示4
‑
2压缩器的求和信号，Carry和Cout都是4
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2压缩器的进位输出信号，五个输入以及求和信号Sum的权值都为1，Carry和Cout的权值为2。信号该近似压缩器的功能表达式满足：
[0005]A+B+C+D+Cin＝Sum+2Carry+2Cout
[0006]相较于采用舍弃进位信号的近似4
‑
2压缩器，本专利技术提出的近似4
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2压缩器不会存在输入为全1时输出始终产生误差的情况。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]一种基于信号权值交换的近似4
‑
2压缩器，包括第一异或门、第二异或门、第一非门、第二非门、第一或门、第二或门、第三或门、第四或门、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门，
[0009]第一异或门的第一输入端连接第二非门的输入端并作为所述近似4
‑
2压缩器的第一输入端，其第二输入端连接第三或门的第一输入端以及第三与门的第一输入端并作为所述近似4
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2压缩器的第二输入端，其输出端连接第二异或门的第一输入端；
[0010]第二异或门的第二输入端连接第三或门的第二输入端以及第三与门的第二输入
端并作为所述近似4
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2压缩器的第三输入端，其输出端连接第一非门的输入端；
[0011]第一非门的输出端连接第二与门的第一输入端，第二非门的输出端连接第四与门的第一输入端；
[0012]第一或门的第一输入端连接第一与门的第一输入端并作为所述近似4
‑
2压缩器的第四输入端，其第二输入端连接第一与门的第二输入端并作为所述近似4
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2压缩器的第五输入端，其输出端连接第二与门的第二输入端；
[0013]第三或门的输出端连接第四与门的第二输入端；
[0014]第一与门的输出端连接第二或门的第二输入端，第二与门的输出端连接第二或门的第一输入端，第二或门的输出端输出所述近似4
‑
2压缩器的求和Sum信号。
[0015]第三与门的输出端连接第四或门的第二输入端，第四与门的输出端连接第四或门的第一输入端，第四或门的输出端输出所述近似4
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2压缩器的Carry信号。
[0016]所述近似4
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2压缩器的第一输入端直接输出所述近似4
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2压缩器的Cout信号。
[0017]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的近似4
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2压缩器较为明显地降低了电路结构复杂度以及电路面积，同时降低了压缩器的功耗以及延时；将该4
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2压缩器运用到二进制乘法器中进行部分积的压缩，能够提升乘法器的运算速度，降低乘法器的复杂度、功耗以及延时；本专利技术适用于需要低功耗、较低面积资源占用、低延时的允许一定误差的可容错系统中。
附图说明
[0018]图1为精确4
‑
2压缩器的真值表。
[0019]图2为精确4
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2压缩器交换Carry、Cout信号后的真值表。
[0020]图3为Carry、Cout卡诺图优化近似示意图。
[0021]图4为本专利技术提出的近似4
‑
2压缩器的真值表。
[0022]图5为本专利技术提出的近似4
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2压缩器的电路结构图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术进行详细的描述。
[0024]首先，精确4
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2压缩器的真值表如图1所示。目前大部分近似4
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2压缩器为舍去进位输入Cin和进位输出信号Cout，通过砍断进位链从而降低延时和电路面积。本专利技术提出的近似4
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2压缩器保留了所有的进位输入和输出信号。
[0025]本次近似压缩器和精确4
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2压缩器的功能表达式一致，为：
[0026]A+B+C+D+Cin＝Sum+2(Carry+Cout)
[0027]其中A,B,C,D,Cin为近似4
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2压缩器的五个输入信号，Sum为近似4
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2压缩器的求和信号，Carry，Cout是近似4
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2压缩器的两个进位输出信号，Carry和Cout的权重相同，都是Sum信号的权重的两倍。
[0028]本专利技术基于卡诺图和真值表进行近似，选择不同信号卡诺图和真值表相互为依据，在卡诺图近似的过程中观察该近似对真值表带来的误差是否可控，若误差较大且此时其他信号不容易对该误差进行近似补偿时，则不采取此次近似。通过较为完善的权衡，最终得到该近似4
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2压缩器。下面详细描述本专利技术基于对卡诺图优化设计近似4
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2压缩器的技术
方案。
[0029]首先，通过观察精确4
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2压缩器的功能表达式，Carry、Co本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信号权值交换的近似4
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2压缩器，其特征在于，包括第一异或门、第二异或门、第一非门、第二非门、第一或门、第二或门、第三或门、第四或门、第一与门、第二与门、第三与门和第四与门；第一异或门的第一输入端连接第二非门的输入端并作为近似4
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2压缩器的第一输入端，第一异或门的第二输入端连接第三或门的第一输入端以及第三与门的第一输入端并作为近似4
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2压缩器的第二输入端，第一异或门的输出端连接第二异或门的第一输入端；第二异或门的第二输入端连接第三或门的第二输入端以及第三与门的第二输入端并作为近似4
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2压缩器的第三输入端，第二异或门的输出端连接第一非门的输入端；第一非门的输出端连接第二与门的第一输入端，第二非门的输出端连接第四与门的第一输入端；第一或...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺雅娟，张竣朋，金正浩，任宇航，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：