三级流水线SRT算法实现单双精度浮点数除法器

"这篇文章主要介绍了单精度和双精度浮点数除法器的硬件设计方法，通过研究除法算法，采用三级流水线技术并优化SRT算法的冗余区域，以减少硬件复杂度而不牺牲计算精度。设计使用Verilog硬件描述语言实现，并通过随机测试矢量进行了验证，与参考机对比误差在2^-64以内。若采用SMIC 0.18um LCMOS工艺，该除法器能在168173um^2的芯片面积上达到约455MHz的工作频率。" 文章详细内容: 这篇技术论文关注的是浮点数除法器的硬件实现，特别涉及单精度和双精度浮点数的处理。浮点除法是计算机科学中的关键操作，特别是在高性能计算、数值分析和图形处理等领域。传统的浮点除法器通常需要复杂的电路结构和较长的运算时间。 文中作者王晨旭、朱世林和王新胜首先深入研究了除法算法，然后提出了一种优化方案，即采用三级流水线结构。流水线技术可以显著提高处理器的吞吐量，将计算过程划分为多个阶段，每个阶段并行执行，从而减少了整体计算时间。在除法器的设计中，这一技术能够使得除法运算更加高效。 此外，他们还选择了SRT（Square Root and Toom）算法的一种优化形式，通过精简SRT算法的冗余区域，进一步简化了硬件设计。SRT算法是一种浮点除法的经典算法，通过开方和Toom多项式近似来实现除法，但其通常需要较多的计算资源。通过优化，设计者能够在保持浮点运算精度的同时，降低了硬件复杂度。 该设计使用Verilog硬件描述语言实现，这是一种广泛用于数字电路设计的编程语言，可以方便地描述数字逻辑系统的行为和结构。完成设计后，通过随机测试矢量进行验证，确保了除法器的正确性和效率。测试结果显示，设计的除法器与参考机器相比，计算结果的误差控制在了2^-64以内，这是一个非常高的精度水平，表明设计的准确性。 最后，论文探讨了该设计在实际应用中的性能。如果采用SMIC 0.18微米线宽的互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺进行制造，这个除法器单元可以在仅168173平方微米的芯片面积上运行，且工作频率可达约455MHz。这样的频率和面积指标对于嵌入式系统和高性能计算平台都是颇具吸引力的。 这篇论文提供了一种优化的浮点除法器设计方案，它结合了高效的流水线技术和优化的SRT算法，以实现高精度、低面积和高速度的浮点除法运算，对于微处理器和浮点处理器的设计具有重要的参考价值。