Explorando técnicas para otimização da eficiência energética de circuitos multiplicadores

• Main Author: Borges, Douglas Machado
• Publication Date: 2021
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
• Download full: http://repositorio.furg.br/handle/1/9967
• topic: Circuitos multiplicadores; Eficiência energética; Computação aproximada; Multipliers; Energy optimization; Approximate computing

Circuitos multiplicadores são componentes de grande importância para os sistemas digitais. Um multiplicador eficiente e de baixo consumo energético é sempre requerido em projetos de hardware pelo fato de seu desempenho afetar substancialmente a performance de todo o sistema onde ele está inserido. Por isso, faz-se necessário avaliar as características elétricas deste componente. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é investigar alternativas de projeto de multiplicadores energeticamente eficientes, explorando técnicas para redução energética, como redução da tensão de operação (operando em near-threshold) e aproximação adotando somadores aproximados. Os circuitos multiplicadores presentes no estado da arte foram reproduzidos utilizando um modelo preditivo de transistor e simulados eletricamente, buscando por formas de reduzir o consumo energético. A partir do levantamento bibliográfico decidiu-se estudar os multiplicadores Array, Baugh-Wooley, Booth e Vedic. Para fazer uma análise de desempenho mais abrangente foi adotado um fator denominado Power-delay product (PDP), que relaciona atraso e potência. Foram realizadas simulações em 8 cenários de teste. Nos dois primeiros, os multiplicadores exatos foram simulados em tensão nominal e em near-threshold. Os demais cenários abordaram a substituição do somador Mirror (MA) por somadores aproximados AXA e AMA em dois níveis (30% e 100%), com simulações em tensão nominal e de near-threshold. Os resultados demonstram que com a redução da tensão é possível atingir uma grande redução em consumo energético, porém, com aumentos significativos nos tempos de atraso. Em comparação, o uso do somador aproximados AMA2 em tensão nominal, proporcionou uma boa economia energética e uma pequena redução no atraso, mas com alguma perda de precisão numérica. A avaliação do impacto da computação aproximada na precisão, motivou a investigação de outros cenários de aproximação nos multiplicadores, buscando uma melhor relação entre redução energética e precisão. Visando aplicações tolerantes a erro, é perceptível que a adoção da computação aproximada pode resultar em cenários com melhor relação entre energia, atraso e precisão. Neste trabalho observou-se que a utilização do somador aproximado AMA2 proporcionou redução de até 30% em potência e até 4% em atraso para circuitos multiplicadores.