【摘要】： “存儲墻”問題是近年來制約微處理器訪問速度提升的一個重要因素,而位于數據通路關鍵路徑上的寄存器文件的訪問速度首當其沖。X處理器是一款64位多核多線程高性能微處理器,其整數寄存器文件的頻率較高,規(guī)模較大,端口較多,是項目中的一個重點和難點。鑒于目前基于標準單元半定制設計的寄存器文件速度難以滿足設計要求,因此有必要對其進行全定制設計。高速寄存器文件的全定制設計和實現對于自主研發(fā)CPU具有重要的理論研究意義和工程實用價值。 本文在0.13μm CMOS工藝下實現了一款3讀2寫端口,128字×72位,支持多線程的整數寄存器文件。典型情況下版圖模擬結果表明:讀出延時小于700ps,寫入延時小于570ps。與基于標準單元的半定制綜合結果相比,最大訪問時間由1.05ns下降到700ps以內,優(yōu)化了約33%;面積由598793μm~2縮小到455600μm~2以內,優(yōu)化了約24%,兩者均達到了設計目標。 本文設計時主要從追求高速度的角度出發(fā),并注意綜合考慮可靠性和面積等因素。結合理論分析和模擬比較,針對影響寄存器文件速度的主要因素進行了優(yōu)化: 1)結合該寄存器文件支持多線程的特點,采用4線程并行讀出后判斷選擇的策略,有效的減小了關鍵路徑的延時; 2)設計一種改進型的動態(tài)多米諾譯碼器,比傳統(tǒng)的多米諾或門譯碼器有約12%的速度提升; 3)在讀出選擇電路、譯碼器等多個關鍵的電路采用了電荷補償技術,提高了與傳輸管有關的電路約10%～20%的傳輸速度。
【圖文】：

當基于標準單元半定制設計方法難以滿足其性能需求的時候，必須對其進行全定制設計。2)為了減小芯片面積。根據半導體工業(yè)協會的統(tǒng)計(如圖1.2)，在過去的十年里，存儲器在芯片面積上所占的比例越來越大，可以預見在未來的五年里這個比例將繼續(xù)增長，甚至有可能達到占芯片總面積的94%以上。利用存儲器的陣列結構比較規(guī)則的特點，采取全定制的設計方法可以取得顯著的面積優(yōu)勢。存存存存存存存儲器器 CCCaeheeeeeee存儲器磁盤陣列 612姍100ns10關8匕口S，﨏哪1ns寄存器容鼠:50OB速度:0甲25ns圖1.1一個典型的多級存儲器層次結構I2]片歹‘呈‘·。;一f飛:]一c):丘!。八了王，;貨，，，kf·。了)F‘)了”‘·

圖3.12改進型的動態(tài)多米諾電路為此，如圖3.12所示，本文在應用的時候將這種動態(tài)多米諾門加以改進:1)為NS管提供一個單獨的時鐘控制NMOS管，即圖3.12中的N6管。通調節(jié)N6管的尺寸使得其放電速度比N4管略慢，這樣當N6導通的時候，A點經過了一段時間的放電，電平已經降到足夠低，可以將NS管關閉，PI管打開;2)由于讀寫位線是高電平有效，而圖3.11中譯碼器選中的情況時輸出是低平，所以本文在其后加了一級反相器對其邏輯取反。同時將原B點的電補償管連接到了反相器的輸出端。這樣就不必等到A點被拉低才對B點行泄漏電荷補充，B點可以及時得到電荷補充，不僅抑制了毛刺的產生。這種動態(tài)多米諾電路與圖3.11所示的結構相比較，在速度、可靠性和功上都獲得了一定的收益。
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TP333

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 陳喜春;錫泊;;基于C++實現的面向Agent編程[J];電腦知識與技術;2011年23期

2 陳丹捷;謝毅;馮洪海;;《JAVA語言程序設計》教學中案例教學的探索與實踐[J];科技資訊;2011年22期

3 王元鵬;;構建基于雙向CATV網絡的校園視頻點播系統(tǒng)[J];中國教育信息化;2011年06期

4 ;業(yè)界動態(tài)[J];電子世界;2010年05期

5 仇賓;門玉梅;劉玉;;做坦克游戲,學Java編程(一)——畫出游戲窗口和坦克[J];電腦編程技巧與維護;2011年17期

6 潘軍;張詩楠;王曉;;基于VC++的多線程聊天程序的設計與實現[J];電腦知識與技術;2011年23期

7 姬延軍;劉伯峰;尹振壽;;基于VC++的串口通信技術[J];機械;2011年S1期

8 王錫普;陳奇;;基于“池”策略的網閘并發(fā)連接數提高方法[J];計算機工程;2011年13期

9 張艷霞;胡雙炎;;多串口多線程交通信號燈數據采集軟件系統(tǒng)設計[J];吉首大學學報(自然科學版);2011年04期

10 韓雪秋;;水廠監(jiān)控上位機系統(tǒng)研究[J];工業(yè)控制計算機;2011年07期

相關會議論文 前10條

1 馮國柱;陳吉華;宋芳芳;張子杰;;高速多端口寄存器文件的可測性設計[A];第十五屆計算機工程與工藝年會暨第一屆微處理器技術論壇論文集（A輯）[C];2011年

2 劉春霞;郭麗虹;;基于多線程和數據庫的Web搜索引擎的實現[A];第六屆全國計算機應用聯合學術會議論文集[C];2002年

3 付孟若;張其善;;基于多線程的通信網關系統(tǒng)的設計與實現[A];圖像 仿真 信息技術——第二屆聯合學術會議論文集[C];2002年

4 林晟;張光新;;OPC在啤酒自動化控制系統(tǒng)中的應用[A];中國儀器儀表學會第六屆青年學術會議論文集[C];2004年

5 姜德勝;成葉紅;孫秀霞;;一種基于Windows多線程的數據采集技術[A];第六屆全國計算機應用聯合學術會議論文集[C];2002年

6 周大剛;龍昭華;;多線程在無線網絡處理中的應用[A];’2004計算機應用技術交流會議論文集[C];2004年

7 逯龍;;多串口通信在LED異步控制系統(tǒng)中的應用[A];2008全國LED顯示應用技術交流暨產業(yè)發(fā)展研討會文集[C];2008年

8 王楠;慕曉冬;王寧燕;宋洪軍;李佳晨;張陽子;;針對多線程架構的決策樹查詢算法優(yōu)化及應用[A];中國電子學會第十六屆信息論學術年會論文集[C];2009年

9 劉婭;李孝輝;;基于LabWindows/CVI的虛擬儀器軟件性能優(yōu)化設計[A];2009全國虛擬儀器大會論文集（一）[C];2009年

10 孟英紅;李朝陽;趙海山;;利用串口復用組成小型工控系統(tǒng)[A];首屆信息獲取與處理學術會議論文集[C];2003年

相關重要報紙文章 前10條

1 ;IBM向Power 5添加多線程功能[N];計算機世界;2003年

2 李紅;Windows XP SP2 多線程訪問提速秘技[N];中國電腦教育報;2005年

3 CPW記者　凡妮　;Sun Fire V490和V890采用突破性多線程芯片技術[N];電腦商報;2004年

4 郭長佑;多核與多線程——差別到底在哪里？[N];電子資訊時報;2006年

5 旭;多核多線程 H3C高端路由器新特點[N];網絡世界;2007年

6 ;IBM多核多線程CPU將面世[N];計算機世界;2003年

7 張志剛;多線程走進網絡[N];中國計算機報;2006年

8 本報記者　　謝文硯;要重視并行環(huán)境開發(fā)[N];網絡世界;2006年

9 記者 張博;MIPS科技公司推出業(yè)界首款多線程 多處理器IP核[N];電子資訊時報;2008年

10 北京 成兆義;內存引起上網故障[N];中國電腦教育報;2005年

相關博士學位論文 前10條

1 劉禎;網絡處理器存儲子系統(tǒng)中Cache機制的研究[D];清華大學;2006年

2 文梅;流體系結構關鍵技術研究[D];國防科學技術大學;2006年

3 李鳳華;分布式信息系統(tǒng)安全的理論與關鍵技術研究[D];西安電子科技大學;2009年

4 李振濤;高性能DSP關鍵電路及EDA技術研究[D];國防科學技術大學;2007年

5 楊華;片上多線程體系結構資源分配策略的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

6 夏均忠;基于網絡的軍車安全性能智能檢測和隱患預警系統(tǒng)的研究[D];天津大學;2005年

7 朱霞;線程級并行的硬件技術研究[D];西北工業(yè)大學;2003年

8 姚益平;高性能分布式交互仿真運行支撐平臺關鍵技術研究[D];國防科學技術大學;2003年

9 辛明瑞;面向空間應用的容錯RISC處理器體系結構研究[D];西北工業(yè)大學;2006年

10 汪黎;面向軟件管理片上存儲器的編譯優(yōu)化技術研究[D];國防科學技術大學;2009年

相關碩士學位論文 前10條

1 安曉嶸;Easy Manager網絡管理系統(tǒng)的設計與實現[D];西北工業(yè)大學;2006年

2 王洪翰;X處理器中高速寄存器文件全定制設計與實現[D];國防科學技術大學;2009年

3 張永軍;一個基于TCP協議的分組文件共享系統(tǒng)的設計與實現[D];西南交通大學;2003年

4 李強;DSRC協議應用層研究與部分實現[D];西南交通大學;2005年

5 吳超;衛(wèi)星測試數據接收及存儲的實現[D];湖南大學;2005年

6 蘇慶堂;分布交互仿真中數據通信的研究與實現[D];昆明理工大學;2005年

7 段晨升;基于vc軟件開發(fā)平臺的數據采集系統(tǒng)的設計與開發(fā)[D];內蒙古大學;2005年

8 雷旭;嵌入式Linux操作系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];長安大學;2005年

9 馬文靜;大壩安全監(jiān)測仿真實驗系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];河海大學;2006年

10 顧德明;聯合模擬訓練系統(tǒng)的設計與實現[D];西北工業(yè)大學;2006年

本文編號：2676098