本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，具體是一種降低alu功耗的方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，涉及到信號(hào)處理的iot、移動(dòng)和無(wú)線通信、圖像處理、導(dǎo)航等應(yīng)用急劇增長(zhǎng)，同時(shí)，其對(duì)低功耗的嚴(yán)格要求給研究人員帶來(lái)了巨大的壓力和挑戰(zhàn)。alu（算術(shù)邏輯單元）是幾乎所有處理器和控制器的主要計(jì)算單元。其主要功能是執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，是處理器處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行指令的核心，具有很高的切換頻率。因此在不降低性能的前提下降低其功耗對(duì)整個(gè)智能設(shè)備的功耗控制有著較大的益處。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種降低alu功耗的方法，將時(shí)鐘門(mén)控、獨(dú)熱編碼和休眠晶體管技術(shù)相結(jié)合，以確保較少的切換活動(dòng)和在該時(shí)刻唯一操作選擇，同時(shí)通過(guò)采用了復(fù)合結(jié)構(gòu)和截?cái)喑朔ㄆ?，?shí)現(xiàn)了更優(yōu)的功耗和性能。

2、為了解決所述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種降低alu功耗的方法，本方法通過(guò)時(shí)鐘門(mén)控暫時(shí)關(guān)閉非活動(dòng)部件、將未使用的模塊置于待機(jī)模式、禁用在當(dāng)前時(shí)刻不參與執(zhí)行所選操作的操作塊的時(shí)鐘，同時(shí)將alu功能組件的結(jié)構(gòu)設(shè)置為復(fù)合結(jié)構(gòu)，修整核心加法器的進(jìn)位傳播和進(jìn)位產(chǎn)生，將算術(shù)運(yùn)算指令和邏輯運(yùn)算指令的電路復(fù)用，用控制信號(hào)控制復(fù)用電路執(zhí)行相關(guān)操作。

3、進(jìn)一步的，時(shí)鐘門(mén)控包括與門(mén)和d觸發(fā)器，與門(mén)的輸入端連接活動(dòng)部件、模塊、操作塊的使能信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，與門(mén)的輸出端連接至d觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入引腳，d觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入引腳連接活動(dòng)部件、模塊、操作塊的數(shù)據(jù)輸出端，非活動(dòng)部件、將未使用的模塊式、在當(dāng)前時(shí)刻不參與執(zhí)行所選操作的操作塊的使能信號(hào)為0。

4、進(jìn)一步的，使能信號(hào)經(jīng)獨(dú)熱編碼后傳輸至與門(mén)的輸入端。

5、進(jìn)一步的，alu和/或alu內(nèi)各模塊的電源部分加裝一電源開(kāi)關(guān)，alu處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)通過(guò)電源開(kāi)關(guān)切斷電源軌線，使alu處于休眠狀態(tài)。

6、進(jìn)一步的，所述電源開(kāi)關(guān)為兩個(gè)晶體管，上側(cè)pmos管的柵極連接取反后的休眠信號(hào)，源極連接正電源電壓vdd，漏極連接alu；同時(shí)下側(cè)nmos管的柵極連接休眠信號(hào)，源極連接參考地電壓vss，漏極連接alu。

7、進(jìn)一步的，修整核心加法器的進(jìn)位傳播和進(jìn)位產(chǎn)生的方式包括：a、采用進(jìn)位選擇器，提前計(jì)算進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播，減少加法器的延遲；b、使用混合加法器。

8、進(jìn)一步的，控制信號(hào)包括運(yùn)算類(lèi)型選擇信號(hào)、進(jìn)位控制信號(hào)、零標(biāo)志信號(hào)、溢出標(biāo)志信號(hào)，用控制信號(hào)控制復(fù)用電路執(zhí)行相關(guān)操作的過(guò)程為：

9、s11、信號(hào)輸入，控制單元根據(jù)當(dāng)前執(zhí)行的指令類(lèi)型生成控制信號(hào)，并通過(guò)控制總線輸入到alu中；

10、s12、信號(hào)解碼，在alu內(nèi)部，有一個(gè)或多個(gè)解碼器用于接收控制信號(hào)，并將其解碼為alu內(nèi)部各個(gè)部件的控制信號(hào)；

11、s13、操作執(zhí)行，解碼后的控制信號(hào)激活alu內(nèi)部相應(yīng)的部件，使其執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)算操作；

12、s14、結(jié)果輸出，運(yùn)算完成后，alu將運(yùn)算結(jié)果和相關(guān)的狀態(tài)標(biāo)志信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)總線上，供其他部件使用。

13、進(jìn)一步的，本方法使用截?cái)喑朔ㄆ鹘档陀?jì)算復(fù)雜度和硬件資源需求，對(duì)截?cái)嗖糠值倪M(jìn)位電路及結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)誤差校正。

14、進(jìn)一步的，截?cái)喑朔ㄆ鞑捎盟纳嵛迦氲慕匚环椒ǎ瑢?duì)截?cái)嗖糠值倪M(jìn)位電路及結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程為：

15、s21、通過(guò)比較截?cái)喑朔ㄆ鞯慕Y(jié)果和精確乘法器的結(jié)果來(lái)確定誤差的大小和方向；

16、s22、基于乘法運(yùn)算的特性和輸入數(shù)據(jù)的特征，預(yù)測(cè)會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位的位；

17、s23、根據(jù)實(shí)際的運(yùn)算結(jié)果和截?cái)辔粩?shù)，對(duì)乘數(shù)進(jìn)行靜態(tài)分段處理，并根據(jù)各段的冗余性檢測(cè)結(jié)果生成部分積陣列，然后在部分積壓縮步驟中采用截?cái)嘌a(bǔ)償技術(shù)，已減小截?cái)嗾`差；

18、s24）、對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證，實(shí)時(shí)調(diào)整。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、（1）結(jié)合了上述時(shí)鐘門(mén)控、休眠晶體管技術(shù)，減少了不活動(dòng)狀態(tài)下的功耗，提供細(xì)粒度的功耗管理能力，延長(zhǎng)使用壽命；

21、（2）利用獨(dú)熱編碼技術(shù)，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，減少了狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換復(fù)雜性，提高時(shí)鐘頻率，提升系統(tǒng)吞吐量，同時(shí)減少了錯(cuò)誤概率；

22、（3）采用復(fù)合結(jié)構(gòu)和截?cái)喑朔ㄆ?，?shí)現(xiàn)了性能優(yōu)化，節(jié)省了電路面積，提高了集成度，增強(qiáng)了靈活性和適應(yīng)性，加快了計(jì)算速度，減少了計(jì)算復(fù)雜度和硬件資源，功耗顯著降低。

23、（4）整合上述技術(shù)和手段，保證了計(jì)算精度和速度，有效減少了系統(tǒng)的功耗，降低了系統(tǒng)的資源占用。

技術(shù)特征：

1.一種降低alu功耗的方法，其特征在于：本方法通過(guò)時(shí)鐘門(mén)控暫時(shí)關(guān)閉非活動(dòng)部件、將未使用的模塊置于待機(jī)模式、禁用在當(dāng)前時(shí)刻不參與執(zhí)行所選操作的操作塊的時(shí)鐘，同時(shí)將alu功能組件的結(jié)構(gòu)設(shè)置為復(fù)合結(jié)構(gòu)，修整核心加法器的進(jìn)位傳播和進(jìn)位產(chǎn)生，將算術(shù)運(yùn)算指令和邏輯運(yùn)算指令的電路復(fù)用，用控制信號(hào)控制復(fù)用電路執(zhí)行相關(guān)操作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低alu功耗的方法，其特征在于：時(shí)鐘門(mén)控包括與門(mén)和d觸發(fā)器，與門(mén)的輸入端連接活動(dòng)部件、模塊、操作塊的使能信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，與門(mén)的輸出端連接至d觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入引腳，d觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入引腳連接活動(dòng)部件、模塊、操作塊的數(shù)據(jù)輸出端，非活動(dòng)部件、將未使用的模塊式、在當(dāng)前時(shí)刻不參與執(zhí)行所選操作的操作塊的使能信號(hào)為0。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降低alu功耗的方法，其特征在于：使能信號(hào)經(jīng)獨(dú)熱編碼后傳輸至與門(mén)的輸入端。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低alu功耗的方法，其特征在于：alu和/或alu內(nèi)各模塊的電源部分加裝一電源開(kāi)關(guān)，alu處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)通過(guò)電源開(kāi)關(guān)切斷電源軌線，使alu處于休眠狀態(tài)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的降低alu功耗的方法，其特征在于：所述電源開(kāi)關(guān)為兩個(gè)晶體管，上側(cè)pmos管的柵極連接取反后的休眠信號(hào)，源極連接正電源電壓vdd，漏極連接alu；同時(shí)下側(cè)nmos管的柵極連接休眠信號(hào)，源極連接參考地電壓vss，漏極連接alu。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低alu功耗的方法，其特征在于：修整核心加法器的進(jìn)位傳播和進(jìn)位產(chǎn)生的方式包括：a、采用進(jìn)位選擇器，提前計(jì)算進(jìn)位生成和進(jìn)位傳播，減少加法器的延遲；b、使用混合加法器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低alu功耗的方法，其特征在于：控制信號(hào)包括運(yùn)算類(lèi)型選擇信號(hào)、進(jìn)位控制信號(hào)、零標(biāo)志信號(hào)、溢出標(biāo)志信號(hào)，用控制信號(hào)控制復(fù)用電路執(zhí)行相關(guān)操作的過(guò)程為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低alu功耗的方法，其特征在于：本方法使用截?cái)喑朔ㄆ鹘档陀?jì)算復(fù)雜度和硬件資源需求，對(duì)截?cái)嗖糠值倪M(jìn)位電路及結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)誤差校正。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降低alu功耗的方法，其特征在于：截?cái)喑朔ㄆ鞑捎盟纳嵛迦氲慕匚环椒?，?duì)截?cái)嗖糠值倪M(jìn)位電路及結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，具體是一種降低ALU功耗的方法。本方法通過(guò)時(shí)鐘門(mén)控暫時(shí)關(guān)閉非活動(dòng)部件、將未使用的模塊置于待機(jī)模式、禁用在當(dāng)前時(shí)刻不參與執(zhí)行所選操作的操作塊的時(shí)鐘，同時(shí)將ALU功能組件的結(jié)構(gòu)設(shè)置為復(fù)合結(jié)構(gòu)，修整核心加法器的進(jìn)位傳播和進(jìn)位產(chǎn)生，將算術(shù)運(yùn)算指令和邏輯運(yùn)算指令的電路復(fù)用，用控制信號(hào)控制復(fù)用電路執(zhí)行相關(guān)操作。使用截?cái)喑朔ㄆ鹘档陀?jì)算復(fù)雜度和硬件資源需求，對(duì)截?cái)嗖糠值倪M(jìn)位電路及結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)誤差校正。本發(fā)明將時(shí)鐘門(mén)控、獨(dú)熱編碼和休眠晶體管技術(shù)相結(jié)合，以確保較少的切換活動(dòng)和在該時(shí)刻唯一操作選擇，同時(shí)通過(guò)采用了復(fù)合結(jié)構(gòu)和截?cái)喑朔ㄆ?，?shí)現(xiàn)了更優(yōu)的功耗和性能。

技術(shù)研發(fā)人員：桑健,魏朝飛,趙鑫鑫,姜?jiǎng)P
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東浪潮科學(xué)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10