Комплексное исследование обратных преобразователей
Материал из Модулярная арифметики
Содержание
Описание эксперимента
Было проведено исследование универсальных обратных преобразователей (для произвольных систем модулей). Для тестирования использовались следующие подходы:
- Комбинационный обратный преобразователь на базе CRT II с пирамидальной структурой: Пример (Модули: 3 5 7)
- Конвеерный обратный преобразователь на базе CRT II с пирамидальной структурой: Пример (Модули: 3 5 7)
- Конвеерный на базе полиадического кода, построенный на базе таблиц (LUT): Пример (Модули: 3 5 7)
- Конвеерный на базе полиадического кода, без таблиц: Пример (Модули: 3 5 7)
Исследовались задержка и площадь. Также для спец. систем модулей сравнивались параметры со специализированными конвертерами.
Библиотека стандартных ячеек
NangateOpenCellLibrary.lib
Скрипт для запуска
set seq_run {"poilad-lut-511-512-513" "poilad-511-512-513" "seq-511-512-513"}
set comb_run {"comb-511-512-513"}
foreach design $comb_run {
lappend search_path "../libs" "../src" "./verilog" "./"
set target_library "NangateOpenCellLibrary.db"
set link_library [list "*" $target_library]
analyze -format verilog $design.v
elaborate reverse_conv
uniquify
current_design reverse_conv
check_design
set_load [load_of [get_lib_pins NangateOpenCellLibrary/INV_X4/A]] [all_outputs]
set_driving_cell -lib_cell DFFRS_X2 -library NangateOpenCellLibrary -pin Q [all_inputs]
set_max_delay -to [all_outputs] 0
set_max_area 0
compile
report_timing -significant_digits 6 -max_paths 10 > "timing.$design.rpt"
report_area > "area.$design.rpt"
report_power -analysis_effort high > "power.$design.rpt"
remove_design -all
}
#with_clock
foreach design $seq_run {
lappend search_path "../libs" "../src" "./verilog" "./"
set target_library "NangateOpenCellLibrary.db"
set link_library [list "*" $target_library]
analyze -format verilog $design.v
elaborate reverse_conv
uniquify
current_design reverse_conv
check_design
set_load [load_of [get_lib_pins NangateOpenCellLibrary/INV_X4/A]] [all_outputs]
set_driving_cell -lib_cell DFFRS_X2 -library NangateOpenCellLibrary -pin Q [all_inputs]
set_max_delay -to [all_outputs] 0
set_max_area 0
create_clock clk -period 0.1
set_clock_uncertainty 0.0 [all_clocks]
set_dont_touch_network [all_clocks]
compile
report_timing -significant_digits 6 -max_paths 10 > "timing.$design.rpt"
report_area > "area.$design.rpt"
report_power -analysis_effort high > "power.$design.rpt"
remove_design -all
}
Результаты
Модули (3 5 7)
- Дефолтный тест с малыми модулями
| Метод | Задержка | Общая латентность | Площадь | Мощность |
| CRT 2 Комбинационная | 1.657336 | 1.657336 | 588 | 0.454 |
| CRT 2 Конвеерная | 1.03069 | 2.06138 | 678 | 0.493 |
| Полиадический c LUT | 0.408523 | 1.225569 | 468 | 2.3425 |
| Полиадический без таблиц LUT | 0.694463 | 2.083389 | 507 | 3.1857 |
Модули (193 257 449)
- Типовые модули для небольшого модулярного FIR-фильтра
| Метод | Задержка | Общая латентность | Площадь | Мощность |
| CRT 2 Комбинационная | 4.360145 | 4.360145 | 4162 | 5.1871 |
| CRT 2 Конвеерная | 3.181364 | 6.362728 | 4317 | 37 |
| Полиадический c LUT | 1.034454 | 3.103362 | 81678 | 107 |
| Полиадический без таблиц LUT | 2.091278 | 6.273834 | 3213 | 27 |
Модули (3 5 7 11 13 17 23 31)
- Много модулей малой разрядности
| Метод | Задержка | Общая латентность | Площадь | Мощность |
| CRT 2 Комбинационная | 7.564148 | 7.564148 | 8765 | 11 |
| CRT 2 Конвеерная | 3.961807 | 11.885421 | 8154 | 71 |
| Полиадический c LUT | 0.669079 | 5.352632 | 12919 | 70 |
| Полиадический без таблиц LUT | 1.674882 | 13.399056 | 7969 | 69 |
Модули (511 512 513)
- Специальная система модулей вида (2n-1, 2n, 2n+1)
| Метод | Задержка | Общая латентность | Площадь | Мощность |
| CRT 2 Комбинационная | 3.584309 | 3.584309 | 3049 | 2.6 |
| CRT 2 Конвеерная | 2.404739 | 7.214217 | 3160 | 21 |
| Полиадический c LUT | 1.05807 | 3.17421 | 155055 | 139 |
| Полиадический без таблиц LUT | 2.445659 | 7.336977 | 3849 | 26 |
| Специализированный преобразователь | 0.82 | 0.82 | 1696 | --- |
Выводы
- Наиболее быстрым методом является "Полиадический с LUT (таблицами)", однако он является применимым лишь в случаях, когда используемые модули имеют маленькие значение. Иначе сильно растет площадь и мощность устройства.
- Площадь всех остальных методов примерно одинакова и растет незначительно в зависимости от размера задачи
- Мощность комбинационной версии является минимальной.
- В случае когда требуется максимальная частота преобразователя, логично использовать полиадический преобразователь
- В случае когда требуется минимальная латентность лучше использовать комбинационный преобразователь на базе CRT II
- Если для задачи есть специализированный преобразователь (см. таблицу 511 512 513), то логично использовать именно его.
- Похоже есть возможность разбить Конвеерный преобразователь на базе CRT II, на большее число этапов и тем самым повысить его эффективность. В данный момент задержка определяется последним этапом алгоритма CRT II, где сходятся максимальные модули. В итоге увеличивается общая латентность схемы и уменьшается возможная тактовая частота.
