1GHz向量執(zhí)行部件的設計與優(yōu)化.pdf

1、YHFT-XX是一款國產的高性能多核數字信號處理（DSP）芯片，內核采用11發(fā)射超長指令字（VLIW）結構，單條指令40或80位。向量處理部件（PXX）是DSP內核中面積最大的一個模塊，每個PXX內部包含16個向量執(zhí)行部件（PX），PX性能的好壞直接關系到整個芯片的性能。這款芯片要求DSP主頻達到1GHz以上，這一設計目標對PX的設計與優(yōu)化提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。本文首先通過分析PX的整體結構確定了層次化設計方法，根據DC綜合結果確定了各個模

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內各個模塊進行了優(yōu)化設計，有效地減少了面積、降低了功耗、達到了1GHz以上工作頻率的設計目標。
　　本研究主要內容包括：⑴基于ASIC自動綜合的方法得到了整個PX中各個子模塊的時序和面積數據，經過綜合結果分析，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。首先在微體系結構級對關鍵路徑進行優(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計與優(yōu)化方法，其它子模塊采用半定制設計與優(yōu)化方法。⑵研究分析了各種微體系結構優(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鍵模塊進行了優(yōu)化設計，其關鍵路徑可以減少15％的延時，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計優(yōu)化和64位乘法器模塊基于數據流驅動的手工半定制設計優(yōu)化，以及其它模塊的半定制設計，有效地縮短了設計周期、減少了面積、

4、降低了功耗、提高了性能。64位乘法器和RF中全定制模塊時序滿足1GHz的設計目標，同時面積滿足設計需求。⑷完成了對PX各模塊的層次化物理設計與集成。首先分別對MAC和RF進行物理設計，其中對RF中旁路陣列與二選一和64位乘法器采用基于數據流驅動的手工半定制物理設計方式實現，最后在PX頂層調用RF中的全定制宏模塊和采用半定制設計的模塊MAC，完成整個物理設計的集成與優(yōu)化，取得了顯著的效果。在時鐘周期為950ps的約束下，PX兩種布局方案都