تفریق¬کننده¬های تک¬بیتی تقریبی مبتنی ¬بر تکنیک GDI با راندمان انرژی بالا و مساحت پایین برای پیاده¬سازی تقسیم¬کننده¬ها
الموضوعات :
فاطمه پولادی
1
,
فرشاد پسران
2
,
نبي اله شیری
3
1 - گروه مهندسی برق، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران
2 - دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شیراز
3 - استاد دانشکاه آزاد شیراز-صدرا
الکلمات المفتاحية: تفریق¬کننده, تقسیم¬کننده, محاسبات ¬تقریبی, نانو¬لوله¬کربنی,
ملخص المقالة :
در مدارهای دیجیتال با ترانزیستورهای زیاد، انرژی مصرفی بالا همچنان چالش اساسی می¬باشد. تکنیک¬های نوظهور مانند محاسبات تقریبی تا حدودی به حل این چالش کمک کرده¬اند. بر این اساس، سه تفریق¬کننده جدید تک¬بیتی بر مبنای محاسبات¬ تقریبی و تکنیک دروازه ورودی انتشار معرفی می¬شوند. مدارهای پیشنهادی 1 تا 3 ضمن جدول درستی متفاوت با دیگر مدارها، به¬ترتیب 10، 8، و 6 ترانزیستور دارند که باعث کاهش قابل¬توجه توان¬مصرفی می¬شود. نتایج شبیه¬سازی¬ براساس تکنولوژی ترانزیستور اثر میدانی نانولوله کربنی (CNTFET) با طول کانال 32 نانومتری، برتری این مدارها را تایید می¬کند. مدار پیشنهادی 3 بدون استفاده از اینورتر، دارای بهترین عملکرد از نظر مداری می¬باشد. هر چند به¬دلیل وجود 4 خطا در این مدار، نرخ خطای آن در مقایسه با دیگر مدارها بیشتر می¬باشد. بررسی اثرات تغییرات در منبع ولتاژ، fan-out و تغییرات فرایند-ولتاژ-دما گویای برتری مدار پیشنهادی 3 از نظر انرژی¬ تلفاتی می¬باشد. هم¬چنین، با تعبیه مدارهای پیشنهادی در ساختار تقسیم¬کننده 8¬ بیتی، برتری مدار پیشنهادی 3 از¬ نظر معیارهای شایستگی مختلف به مقدار حداقل 50% قابل مشاهده است.
[1] W. Liu, F. Lombardi and M. Shulte, "A Retrospective and Prospective View of Approximate Computing [Point of View}," in Proceedings of the IEEE, vol. 108, no. 3, pp. 394-399, March 2020, doi: 10.1109/JPROC.2020.2975695.
[2] H. Jiang, F. J. H. Santiago, H. Mo, L. Liu and J. Han, "Approximate Arithmetic Circuits: A Survey, Characterization, and Recent Applications," in Proceedings of the IEEE, vol. 108, no. 12, pp. 2108-2135, 2020, doi: 10.1109/JPROC.2020.3006451.
[3] A. Sadeghi, R. Ghasemi, H. Ghasemian and N. Shiri, "High Efficient GDI-CNTFET-Based Approximate Full Adder for Next-Generation of Computer Architectures," in IEEE Embedded Systems Letters,vol. 15, no. 1,pp: 33-36. Jul. 2022, doi: 10.1109/LES.2022.3192530.
[4] M. Rafiee, Y. Sadeghi, N. Shiri, A. Sadeghi, , "An approximate CNTFET 4:2 compressor based on gate
diffusion input and dynamic threshold". Electron. Lett.vol. no. 17, pp.650-652. Aug 2021. doi: 10.1049/ell2.12221.
[5] Gorantla, A., Deepa, P. "Design of Approximate Subtractors and Dividers for Error Tolerant Image Processing Applications". J Electron Test 35 vol. no. 6 , pp:901–907 (2019). doi.org/10.1007/s10836-019-05837-5.
[6] L. Chen, J. Han, W. Liu and F. Lombardi, "On the Design of Approximate Restoring Dividers for Error-Tolerant Applications," in IEEE Transactions on Computers, vol. 65, no. 8, pp. 2522-2533, 1 Aug. 2016, doi: 10.1109/TC.2015.2494005.
[7] Bahrami F, Shiri N, Pesaran F. "A New Approximate Sum of Absolute Differences Unit for Bioimages Processing". IEEE Embedded Systems Letters. vol. Feb 2023. doi: 10.1109/LES.2023.3245020.
[8] O. Akbari, M. Kamal, A. Afzali-Kusha and M. Pedram, "Dual-Quality 4:2 Compressors for Utilizing in Dynamic Accuracy Configurable Multipliers," in IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol. 25, no. 4, pp. 1352-1361, April 2017, doi: 10.1109/TVLSI.2016.2643003.
[9] A. G. M. Strollo, E. Napoli, D. De Caro, N. Petra and G. D. Meo, "Comparison and Extension of Approximate 4-2 Compressors for Low-Power Approximate Multipliers," in IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 67, no. 9, pp. 3021-3034, Sept. 2020, doi: 10.1109/TCSI.2020.2988353.
[10] R. Ferreira, M. Leme, M. Corrêa, L. Agostini, C. Diniz and B. Zatt, "Approximate Subtractor Operator for Low-Power Video Coding Hardware Accelerators," in IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS), vol.pp. 426-429, Nov 272019 doi: 10.1109/ICECS46596. 8964783.
[11] L. Chen, J. Han, W. Liu and F. Lombardi, "On the Design of Approximate Restoring Dividers for Error-Tolerant Applications," in IEEE Transactions on Computers, vol. 65, no. 8, pp. 2522-2533, 1 Aug. 2016, doi: 10.1109/TC.2015.2494005.
[12] K. Manikantta Reddy, M. H. Vasantha, Y. B. Nithin Kumar and D. Dwivedi, "Design of Approximate Dividers for Error Tolerant Applications," IEEE 61st International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), vol. pp. 496-499, Aug 2018 doi: 10.1109/MWSCAS.2018.8623909.
[13] R. Ferreira, M. Leme, M. Corrêa, L. Agostini, C. Diniz and B. Zatt, "Approximate Subtractor Operator for Low-Power Video Coding Hardware Accelerators," IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS), vol. pp. 426-429 Nov 27.2019, doi: 10.1109/ICECS46596.2019.8964783.
[14] K. V. Krishnan, A. Satish, P. r. Krishnan,"Design of energy efficient approximate subtractors and restoring dividers for error tolerant applications",Microelectronics Journal,Vol.pp:1;131:105668,Jan 2023 doi.org/10.1016/j.mejo.2022.105668.
[15] M. Mirzaei and S. Mohammadi, "Low-power and variation-aware approximate arithmetic units for image processing applications," AEU Int. J. Electron. Commun., vol.pp: 1;138:153825.Aug 2021. doi.org/10.1016/j.aeue.
[16] M. Mirzaei and S. Mohammadi,"Process variation-aware approximate full adders for imprecision-tolerant applications," Comput. Electr. Eng. vol. 1;87:106761. Oct 2020.doi.org/1016/j.compelceng.
[17] A. Sadeghi, N. Shiri, and M. Rafiee, “High-efficient, ultra-low-power and high-speed 4:2 compressor with a new full adder cell for bioelectronics applications,” Circuits Syst. Signal Process., vol. 39, pp. 6247–6275, Jun. 2020. doi.org/10.1007/s00034-020-01459-x.
[18] F. Pooladi, F. Pesaran, N. Shiri," Efficient GDI-based approximate subtractors for change detection in bio-image processing applications". Microelectronics Journal. Vol. 135. 105757.2023.
doi.org/10.1016/j.mejo.2023.105757
[19] F. Sabetzadeh, M. H. Moaiyeri and M. Ahmadinejad, "A Majority-Based Imprecise Multiplier for Ultra-Efficient Approximate Image Multiplication," in IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 66, no. 11, pp. 4200-4208, 2019. doi.org/10.1109/tcsl.
