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Sub-500-ps 64-b ALUs in 0.18-Μm SOI/bulk CMOS: design andscaling trends

机译:0.18μmSOI /批量CMOS中低于500ps的64b ALU:设计和扩展趋势

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摘要

In this paper, we present: 1) design of a single-railnenergy-efficient 64-b Han-Carlson ALU, operating at 482 ps in 1.5 V,n0.18-Μm bulk CMOS; 2) direct port of this ALU to 0.18-Μm partiallyndepleted SOI process; 3) SOI-optimal redesign of the ALU using a novelndeep-stack quaternary-tree architecture; 4) margining for max-delaynpushout due to reverse body bias in SOI designs; and 5) performancenscaling trends of the ALU designs in 0.13-Μm generation. We show thatna direct port of the Han-Carlson ALU to 0.18-Μm SOI offers 14%nperformance improvement after margining. A redesign of the ALU, using annSOI-favored deep-stack architecture improves the margined speedup ton19%. A 10% margin was required for the SOI designs, to account fornreverse body-bias-induced max-delay pushout. Preconditioning thenintermediate stack nodes in the dynamic ALU designs reduced this marginnto 2%. Scaling the ALUs to 0.13-Μm generation reduces the overall SOInspeedup for both architectures to 9% and 16%, respectively, confirmingnthe trend that speedup offered by SOI technology decreases with scaling
机译:在本文中,我们介绍:1)设计单轨高效能的64位Han-Carlson ALU,在1.5 V,n0.18-μm体CMOS中以482 ps工作。 2)将该ALU直接移植到0.18-μm部分耗尽的SOI工艺中; 3)使用新颖的深层堆栈四元树架构对ALU进行SOI最佳重新设计; 4)由于SOI设计中的反向车身偏置而导致的最大延迟推压裕度; 5)ALU设计在0.13-μm世代中的性能提升趋势。我们显示,将Han-Carlson ALU直接移植到0.18MM SOI可以在保证金后提高14%n性能。使用anSOI支持的深层堆栈架构对ALU进行重新设计,可将利润率提高19%。 SOI设计需要10%的余量,以解决反向身体偏见引起的最大延迟推出。然后进行预处理,然后在动态ALU设计中将中间堆栈节点的裕度降低到2%。将ALU扩展到0.13-μm的生成将两种架构的整体SOInspeedup分别降低到9%和16%,这证实了SOI技术提供的加速随扩展而降低的趋势。

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