بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، یک رجیستر فایل دو کیلو بیتی با دو پورت برای خواندن و یک پورت برای نوشتن پیشنهاد و طراحی می شود. بدلیل اینکه عمده توان مصرفی در رجیستر فایلها مربوط به خطوط بیت محلی - LBL - و خطوط بیت سراسری - GBL - می باشد، استفاده از مدار دینامیکی مناسب که بتوان بدون افزایش تاخیر و کاهش مصونیت در برابر نویز، توان مصرفی رجیستر فایلها را کم کرد حائز اهمیت است.
از این رو رجیستر فایل پیشنهادی با استفاده از تکنیک دومینو مبتنی بر مقایسه ولتاژ طراحی می شود که مزیت عمده آن مصونیت در برابر نویز بالا و توان مصرفی پایین آن است. رجیستر فایلهای مورد بررسی با استفاده از نرم افزار HSPICE در تکنولوژی 90 نانومتر و ترانزیستورهایی با ولتاژ آستانه کم شبیه سازی شدند. نتایج شبیه سازی برای رجیستر فایلها نشان می دهند که تحت مصونیت در برابر نویز یکسان، توان مصرفی و تاخیر در رجیستر فایل پیشنهادی به ترتیب %5 و %31 نسبت به رجیستر فایل متداول کاهش یافته است.
مقدمه
هسته های اجرایی ریز پردازنده های با عملکرد بالا به رجیستر فایلهایی با چندین پورت نیاز دارند تا دستورالعمل های مستقل را بوسیله واحدهای اجرایی بطور موازی اجرا کنند. برای رسیدن به عملکرد بالا با استفاده از موازی سازی در سطح دستورالعمل، بکارگیری رجیستر فایلهایی با پورتهای زیاد ضروری است تا بتوانند مسیرهای داده چندین واحد پردازش را از لحاظ برداشت و ذخیره سازی داده در پردازنده های جدید پشتیبانی کنند. با این وجود رشد چشمگیر قطعات داخل تراشه باعث افزایش انرژی مصرفی می شود.
بنابراین توان تلفاتی قطعات حافظه مانند رجیستر فایلها بطور شگرفی با نسلهای جدید تکنولوژیها افزایش می یابد.در رجیستر فایلها خطوط بیت محلی - LBL - و خطوط بیت سراسری - GBL - نوعا با مدارهای دینامیکی عریض پیاده سازی می شوند. با این وجود، جریان نشتی زیر آستانه ترانزیستورها با کوچک شدن فناوری بطور نمایی افزایش می یابد که در نتیجه آن مصونیت در برابر نویز گیتهای عریض به سرعت کم می شود. اگر چه افزایش اندازه ترانزیستور نگهدارنده استحکام مدار را بهبود می بخشد اما تاخیر و توان مصرفی را زیاد می کند.
خطوط بیت سهم عمده ای از توان مصرفی دینامیکی رجیستر فایلها - نزدیک به - 70% را به خود اختصاص می دهند و عامل غالب در مصرف توان آنها به حساب می آیند. توان مصرفی خطوط بیت با افزایش اندازه و تعداد پورتهای رجیستر فایلها به دلیل وابستگی خطی توان مصرفی به تعداد پورتها زیاد می شود. از سوی دیگر با کوچک شدن فناوری، توان نشتی منبع اصلی توان مصرفی می شود - حتی تا 50 % کل توان مصرفی
بنابراین با کاهش توان مصرفی خط بیت می توان توان کلی رجیستر فایلها و متعاقبا توان کلی ریز پردازنده ها را کم کرد.در این مقاله یک رجیستر فایل 2 کیلو بیتی با استفاده از تکنیک دومینو مبتنی بر مقایسه ولتاژ طراحی می شود که مزیت عمده آن مصونیت در برابر نویز بالا و کاهش توان مصرفی آن است . - Asyaei, 2015 - ساختار مقاله به این صورت است که در ادامه رجیستر فایل پیشنهادی در بخش 2 توصیف می شود. سپس نتایج شبیه سازیها و مقایسه نتایج در بخش 3 آورده شده اند. در نهایت در بخش 4 نتیجه گیری و جمع بندی صورت گرفته است.
-2 رجیستر فایل پیشنهادی
برای بهبود عملکرد و استحکام، چندین مدار در متون علمی پیشنهاد شده است که برای تحقق خطوط بیت محلی - LBL - در رجیستر فایلها می توانند مورد استفاده واقع شوند. استفاده از این مدارها این امکان را فراهم می آورد که بتوان از ترانزیستورهایی با ولتاژ آستانه پایین برای بهبود عملکرد مدارها استفاده نمود. این مدارهای پیشنهادی به همراه مدار دومینو استاندارد بدون ترانزیستور پایه - SFLD - در پیاده سازی یک رجیستر فایل معین مورد استفاده قرار گرفتند تا قابلیت آنها در کاهش توان مورد ارزیابی قرار گیرد. رجیستر فایل مورد نظر بصورت زیر سازمان دهی شده است.
پیکربندی یک رجیستر فایل 2kb با 64 کلمه، 32 بیت در هر کلمه، 2 پورت برای خواندن و 1 پورت برای نوشتن در شکل 1 نشان داده شده است. این رجیستر فایل برای مقایسه تکنیکهای مداری مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به شکل 1، 6 بیت آدرس خواندن/ نوشتن به ازای هر پورت دیکود می شوند تا 64 رجیستر قابل آدرس دهی شوند. دیکودرهای 6 در 64 با استفاده از منطقCMOS ایستا و دو طبقه از گیتهای NOR دو ورودی و NAND سه ورودی طراحی شدند تا سیگنالهای انتخاب خواندن - RS - و نوشتن - WS - آرایه رجیسترها ایجاد شوند.
زنجیره ای از معکوس کننده ها با FO4 در بافرها و درایورها استفاده شدند تا بارهای خازنی بزرگ را راه اندازی کنند.
شکل - : - 1 پیکربندی رجیستر فایل 64 کلمه 32 بیتی - 2kb -
شکل : - 2 - درایورهای دومینو D1 برای سیگنالهای انتخاب خواندن/ نوشتن
