Gated dual-rail : a methodology for reducing the power consumption of monotonic dual-rail circuits
Κυκλώματα διπλής-ράγας με σήματα φραγής
Mattheakis, Pavlos E.
Ματθαιάκης, Παύλος Εμμανουήλ
Κατεβαίνης, Μανόλης
Τα μονότονα κυκλώματα διπλής-ράγας παρουσιάζουν λειτουργία ανάλογη των
δεδομένων και προσαρμοστικότητα στις P,V,T συνθήκες μεταβλητότητας. Παρόλαυτα,
η μετατροπή ενός συμβατικού ψηφιακού κυκλώματος σε αντίστοιχο διπλής-ράγας
επιφέρει σημαντικές επιπρόσθετες δαπάνες σε εμβαδό και κατανάλωση ισχύος. Αυτή
η δουλειά παρουσιάζει τα κυκλώματα διπλής-ράγας με σήματα φραγής , δηλ. κυκλώματα διπλής-ράγας με σήματα τα οποία εμποδίζουν κάποιες απο της δυναμικές μεταβάσεις του κυκλώματος και
μια αυτοματοποιημένη σχεδιαστική διαδικασία για την υλοποίηση τους. Τα κυκλώματα διπλής-ράγας με σήματα φραγής έχουν πλεονεκτήματα σε σχέση με τα αντίστοιχα συμβατικά διπλής-ράγας σε κατανάλωση ισχύος. Η αυτοματοποιημένη διαδικασία για κυκλώματα διπλής ράγας με σήματα φραγής πρώτα αναγνωρίζει τμήματα του κυκλώματος που δε συνεισφέρουν στην αποτίμηση των εξόδων του κυκλώματος για ένα δεδομένο υποσύνολο των διανυσμάτων εισόδου. Έπειτα εξετάζει τη δυνατότητα να εμποδίσει αυτά τα τμήματα απο το να κάνουν μεταβάσεις χρησιμοποιπώντας κριτήρια εμβαδού, χρονισμού και πιθανότητας φραγής. Βασισμένη στα αποτελέσματα αυτής της ανάλυσης, εισάγει κυκλωματικούς πόρους φραγής με σκοπό να εμποδίσει μεταβάσεις σημάτων από το να προωθηθούν στα φραγμένα τμήματα του κυκλώματος. Η μεθοδολογία δημιουργίας κυκλωμάτων διπλής-ράγας με σήματα φραγής ενσωματώθηκε στο σύστημα λογικής σύνθεσης SIS. Τα αποτελέσματα απο την εφαρμογή της μεθοδολογίας σε 22 κυκλώματα του παγκοσμίου συνεδρίου λογικής σύνθεσης απέδειξε οτι κατά μέσο όρο η δυναμική κατανάλωση ισχύος μπορεί να μειωθεί κατά 25%.
(EL)
Monotonic dual-rail circuits exhibit data-dependent operation and adaptability to P,V,T variations. However, the transformation of a conventional digital circuit to a monotonic dual-rail equivalent incurs both a significant area and a significant power overhead. This work introduces
Gated Dual-Rail circuits, i.e dual-rail circuits with gating signals and an automated design methodology
for their implementation. Gated Dual-Rail circuits present power benefits compared to the conventional dual-rail ones. The automated Gated Dual-Rail methodology operates by firstly
identifying portions of the circuit which do not contribute to any output evaluation for a given subset of primary input vector assignments.
Then, it examines the option to prevent these portions from switching, by using area, timing and gating probability criteria. Based on the results of this analysis, it inserts gating circuitry in order to prevent signal transitions from propagating to the gated circuit portions.
The Gated Dual-Rail methodology has been integrated in the SIS logic synthesis system.
Results of applying this methodology to 22 benchmark circuits of International Workshop for Logic Synthesis have demonstrated that on average dynamic power consumption
has been reduced by 25%.
(EN)
