بخشی از مقاله
خلاصه
جمع کننده ها یکی از سادهترین و در عین حال مهمترین مدار محاسباتی در کاربردهای پردازش سیگنال میباشد. در بیشتر کاربردهای پردازش سیگنال نیازی به خروجی خیلی دقیق نمیباشد و یک جواب تقریبی و نسبتا بهینه کافی است. در این مقاله یک جمع کننده تقریبی به نام MSCSA ارائه شده است که براساس جمع کننده تقریبی [SCSA[1, 2 طراحی شده است.
در این نوع جمع کنندهها هدف اصلی این است که از تشکیل زنجیره رقم نقلی جلوگیری شود برای اینکار جمع کننده به بلوکهایی تقسیم میشوند که هر بلوک مستقل از بلوکهای دیگر حاصلجمع خود را براساس یک رقم نقلی حدسی تولید میکند و سپس حاصل جمع های تولیدی هر بلوک، حاصل جمع کلی مدار را ایجاد میکنند . در روش پیشنهادی ما نسبت به روش SCSA تغییراتی در ساختار داخل هر بلوک داده شده است که هم مساحت و هم تاخیر جمع کننده بهبود داده شده است به طوری که میزان بهبود تاخیر با اندازه بلوک -2بیتی حدود 24 درصد و و بهبود مساحت حدود 20 درصد به دست آمده است..
.1 مقدمه
بهینه سازی انرژی یکی از ملاحضات اصلی در طراحی سیستمهای محاسباتی دیجیتال می باشد از طرفی دیگر استفاده از سیستمهای محاسباتی در سیستمهای تعبیه شده و دستگاههای قابل حمل به طور چشمگیری افزایش یافته است. در این سیستمها کاربردهایی مانند پردازشهای تصویر، تشخیص الگو و داده کاوی استفاده می شود که ویژگی مشترک همه این کاربردها این است که اغلب نیازی به خروجی خیلی دقیق و کامل نیست و یک جواب تقریبی یا نسبتا بهینه کافی می باشد.
یکی از مهمترین واحدهای محاسباتی در پردازش سیگنال و طراحی فیلترهای دیجیتال، جمع کنندهها می باشند. سرعت و توان مصرفی جمع کنندهها نقش بسار مهمی در کارایی مدارات پردازش سیگنال دارا می باشند. با ساده سازی مدارات جمع کنندهها میتوان جمع کنندههای تقریبی ساخت به طوری که هم مساحت و هم مسیر بحرانی آنها کاهش یابد و در نتیجه توان مصرفی نیز کاهش می یابد.
.2شناسایی بخش های دارای قابلیت محاسبه تقریبی
برای اینکه بتوانیم به بهترین شکل از مزایای محاسبات تقریبی استفاده کنیم، لازم است که با استفاده از ابزارهای پروفایلینگ و تحلیل حساسیت، زیر بخش هایی از سیستم که برای محاسبات تقریبی مناسب هستند، شناسایی شوند. در تحلیل هایی که انجام می گیرند باید مشخص کنند که هرکدام از زیر بخش ها و ارتباطاط بین آنها چه تاثیری بر کیفیت نتایج، توان مصرفی و پارامترهای سیستم کلی می گذارند.
در برخی موارد، انتخاب و شناسایی بخش ها یا توابع مناسب محاسبات تقریبی کاری ساده می باشد اما در خیلی از موارد دیگر برای شناسایی بخش های دارای قابلیت محاسبات تقریبی باید حتما پروفایلینگ و تحلیل های دقیق انجام بگیرد. روش کار در برنامه ها به این صورت است که ابتدا در کد مربوط به حل دقیق تغییراتی - مانند تغییر دقت اعداد، روش ذخیره سازی، ساده سازی کد و کاهش نیازمندیهای همزمان سازی - انجام میگیرد و سپس با استفاده از تحلیل های آماری اثر این تغییرات بر کیفیت ننایج اندازه گیری می شود.
دستورات برنامه به هسته های محاسباتی بخش بندی کرده است و سپس هسته هایی که محاسبات تقریبی اثر مخرب بر کیفیت نتایج می گذارد را هسته های حساس و هسته هایی که محاسبات تقریبی در آنها تاثیر چندانی بر کیفیت خروجی نمی گذارد را هسته های مقاوم نامگذاری کرده است و در نهایت عنوان کرده است که هسته های مقاوم برای محاسبات تقریبی مناسب هستند. به منظور انجام محاسبات تقریبی در سخت افزار باید تغییراتی در مدار دقیق سخت افزار مربوطه داد. این تغییرات شامل موارد زیر می باشد
-1کاهش پهنای بیتی،
-2حذف عمدی زیر بخش هایی از سیستم،
-3تغییر در زمانبندی و ولتاژ تغذیه، -4تزریق اشکال
به عنوان مثال روشی به نامMACACO* پیشنهاد داده است که در آن به صورت سیستماتیک رفتار یک مدار تقریبی در مقایسه با پیاده سازی مدار دقیق آن تجزیه و تحلیل می کند. قبل از انجام محاسبات تقریبی باید ویژگی های سخت افزاری مانند آزمون پذیری، اتکاپذیری و امنیت و ... را مورد بررسی دقیق و مدنظر قرار داد.
.3 بررسی هم ارزی مدل ساده شده با مدار دقیق
در مدارهای پیچیده به خاطر پیچیدگی و زیاد بودن ورودیهای مدار نمی توان مقدار خطای محاسبه تقریبی را به ازای تمام ورودی های ممکن به دست آورد. در چنین مدارهایی برای به دست آوردن مقدار واقعی خطا از روش بررسی هم ارز بودن مدار ساده شده با مدار دقیق استفاده می شود. در این روش هم ارزی عملکرد دو مدار - مدار ساده شده و مدار اصلی - با استفاده از روشهایی مانند SAT، BDD و فاصله همینگ مورد بررسی قرار می گیرد. اصول اولیه روش SAT در 0 نشان داده شده است.
در روش SAT همانطور که در شکل 1 دیده می شود ابتدا خروجی های هر دو مدار تقریبی و دقیق برای هر ورودی داده شده با هم مقایسه می شوند تا میزان خطا برای هر ورودی اندازه گیری شود سپس خروجی مدار به فرم نرمال عطفی تتبدیل می شود و همراه با یک تابع هدف به واحد SAT داده می شود. تابع هدف باید طوری ساحته شود که مقدار مقدار خروجی E را ماکزیمم کند. با روش SAT می تواند میزان خطای بدترین حالت را مشخص کرد با اینحال تاکنون روشی برای به دست آوردن خطاهایی مانند میانگین خطا ارائه نشده است. در 0محاسبه فاصله همینگ بین مدارهای تقریبی و دقیق با استفاده از BDD را نشان می دهد.
