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

【摘要】：在超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)中,位寬優(yōu)化所占用的時(shí)間可以占到整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的50%以上,所以在保證位寬優(yōu)化的準(zhǔn)確度的同時(shí),提高位寬優(yōu)化的效率對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期和上市時(shí)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(gè)步驟。在這兩個(gè)步驟中,乘法的范圍分析是范圍分析的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在實(shí)際應(yīng)用中,一般在算法模型設(shè)計(jì)階段超大規(guī)模集成電路被分為若干個(gè)子塊進(jìn)行分塊設(shè)計(jì),因此,對(duì)分塊系統(tǒng)精度分析的研究具有重要的實(shí)際意義。本文在詳細(xì)分析了乘法范圍和分塊系統(tǒng)精度分析不足的基礎(chǔ)上,針對(duì)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(shí)將所提出的方法應(yīng)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(shè)計(jì)中,并進(jìn)行了驗(yàn)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(shí)滿(mǎn)足低計(jì)算復(fù)雜度和高準(zhǔn)確度,針對(duì)這種不足,提出了乘法范圍分析的空間極值仿射近似法�？臻g極值仿射近似法將乘法結(jié)果的仿射形式分解成近似仿射形式和等價(jià)仿射形式兩部分之和,近似仿射形式表示乘法結(jié)果中噪聲的一次項(xiàng),等價(jià)仿射形式是與乘法結(jié)果中噪聲二次項(xiàng)相等價(jià)的仿射形式。利用多元函數(shù)極值理論和噪聲二次項(xiàng)的特點(diǎn),使噪聲二次項(xiàng)的近似最大值點(diǎn)和近似最小值點(diǎn)固定,進(jìn)而獲得了固定的等價(jià)仿射形式表達(dá)式�，F(xiàn)有的乘法仿射近似法包括簡(jiǎn)單估計(jì)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(jì)算復(fù)雜度和較高的計(jì)算準(zhǔn)確度。因此,空間極值仿射近似法可以進(jìn)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(duì)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(xué)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(dá)到最優(yōu)時(shí)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(guò)程分為系統(tǒng)級(jí)精度分析和子塊級(jí)精度分析兩部分,同時(shí),對(duì)系統(tǒng)的面積進(jìn)行建模,該面積模型一般適用于高層次綜合。在子塊級(jí)精度分析過(guò)程中,將統(tǒng)一小數(shù)位寬固定,求出一組滿(mǎn)足子塊當(dāng)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(jí)精度分析過(guò)程中,將每個(gè)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(guò)優(yōu)化算法求出統(tǒng)一小數(shù)位寬,由于每一個(gè)子塊僅對(duì)應(yīng)一個(gè)統(tǒng)一小數(shù)位寬,因此,減少了精度分析的計(jì)算復(fù)雜度。3、針對(duì)非線性運(yùn)算坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算方法(Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC)硬件設(shè)計(jì)的位寬優(yōu)化問(wèn)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(shù)對(duì)CORDIC算法硬件系統(tǒng)進(jìn)行范圍分析,提出了CORDIC算法實(shí)現(xiàn)不同非線性運(yùn)算時(shí)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(jìn)行精度分析,針對(duì)CORDIC算法可以計(jì)算的不同非線性運(yùn)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(yīng)用在基于FPGA的CBCT三維重建硬件加速設(shè)計(jì)中,并進(jìn)行了驗(yàn)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(gè)子塊的數(shù)據(jù)流圖。在子塊數(shù)據(jù)流圖上,對(duì)各個(gè)變量進(jìn)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(shù)相比較,本文提出的位寬優(yōu)化技術(shù)可以更快速的確定變量的位寬,即在滿(mǎn)足精度要求的條件下得到更優(yōu)的系統(tǒng)性能目標(biāo)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN47

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本文編號(hào)：1702609