本文選題：位寬優(yōu)化　切入點：范圍分析　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2015年博士論文

【摘要】：在超大規(guī)模集成電路設計中,位寬優(yōu)化所占用的時間可以占到整個產(chǎn)品設計周期的50%以上,所以在保證位寬優(yōu)化的準確度的同時,提高位寬優(yōu)化的效率對縮短產(chǎn)品設計周期和上市時間具有重要意義。位寬優(yōu)化分為范圍分析和精度分析兩個步驟。在這兩個步驟中,乘法的范圍分析是范圍分析的關鍵問題之一。在實際應用中,一般在算法模型設計階段超大規(guī)模集成電路被分為若干個子塊進行分塊設計,因此,對分塊系統(tǒng)精度分析的研究具有重要的實際意義。本文在詳細分析了乘法范圍和分塊系統(tǒng)精度分析不足的基礎上,針對乘法范圍分析和分塊系統(tǒng)精度分析分別提出了乘法的空間極值仿射近似法(Approximation Affine based on Space Extreme Estimation,AASEE)和分塊系統(tǒng)的小數(shù)位寬分解精度分析法(Fractional Word-Length Dividing Precision Analysis,FWLDPA),同時將所提出的方法應用于基于FPGA的螺旋錐束CT(Cone Beam Computed Tomography,CBCT)的三維重建硬件加速設計中,并進行了驗證。具體工作包括如下。1、現(xiàn)有的乘法范圍分析方法不能同時滿足低計算復雜度和高準確度,針對這種不足,提出了乘法范圍分析的空間極值仿射近似法。空間極值仿射近似法將乘法結果的仿射形式分解成近似仿射形式和等價仿射形式兩部分之和,近似仿射形式表示乘法結果中噪聲的一次項,等價仿射形式是與乘法結果中噪聲二次項相等價的仿射形式。利用多元函數(shù)極值理論和噪聲二次項的特點,使噪聲二次項的近似最大值點和近似最小值點固定,進而獲得了固定的等價仿射形式表達式。現(xiàn)有的乘法仿射近似法包括簡單估計法和切比雪夫近似法,與現(xiàn)有方法相比較,所提出方法具有較低的計算復雜度和較高的計算準確度。因此,空間極值仿射近似法可以進行高效率的范圍分析,并獲得更小的整數(shù)位寬,從而使系統(tǒng)的面積、功耗和速度等更優(yōu)。2、為了提高分塊系統(tǒng)精度分析的效率,提出了針對分塊系統(tǒng)的小數(shù)位寬分解精度分析法。精度分析的數(shù)學描述可以表示為:在輸出精度要求已知的前提下,求解使系統(tǒng)性能(面積)達到最優(yōu)時的變量小數(shù)位寬。所提出的方法把變量的小數(shù)位寬分解為統(tǒng)一小數(shù)位寬和矯正小數(shù)位寬兩部分,把精度分析過程分為系統(tǒng)級精度分析和子塊級精度分析兩部分,同時,對系統(tǒng)的面積進行建模,該面積模型一般適用于高層次綜合。在子塊級精度分析過程中,將統(tǒng)一小數(shù)位寬固定,求出一組滿足子塊當前輸出精度要求前提下的最優(yōu)的矯正小數(shù)位寬。在系統(tǒng)級精度分析過程中,將每個子塊中變量的矯正小數(shù)位寬固定為已求得的最優(yōu)矯正小數(shù)位寬,通過優(yōu)化算法求出統(tǒng)一小數(shù)位寬,由于每一個子塊僅對應一個統(tǒng)一小數(shù)位寬,因此,減少了精度分析的計算復雜度。3、針對非線性運算坐標旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算方法(Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC)硬件設計的位寬優(yōu)化問題,提出了基于仿射近似范圍分析和分塊系統(tǒng)小數(shù)位寬分解精度分析法的位寬優(yōu)化方法。為包含CORDIC算法的硬件系統(tǒng)的位寬優(yōu)化提供了解決方案。為了使用仿射算術對CORDIC算法硬件系統(tǒng)進行范圍分析,提出了CORDIC算法實現(xiàn)不同非線性運算時的仿射近似法。為了可以在系統(tǒng)中利用小數(shù)位寬分解精度分析法進行精度分析,針對CORDIC算法可以計算的不同非線性運算提出了誤差傳遞模型和面積模型,并給出了CORDIC算法的小數(shù)位寬分解精度分析法。4、將乘法的空間極值仿射近似法和分塊系統(tǒng)的小數(shù)位寬分解精度分析法應用在基于FPGA的CBCT三維重建硬件加速設計中,并進行了驗證。本文深入地探討了位寬優(yōu)化的流程。根據(jù)流程,建立算法模型,并提取各個子塊的數(shù)據(jù)流圖。在子塊數(shù)據(jù)流圖上,對各個變量進行范圍分析和精度分析分別得到變量的整數(shù)位寬和小數(shù)位寬。與現(xiàn)有的位寬優(yōu)化技術相比較,本文提出的位寬優(yōu)化技術可以更快速的確定變量的位寬,即在滿足精度要求的條件下得到更優(yōu)的系統(tǒng)性能目標。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN47

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本文編號：1702609