基于泰勒展开的低资源F指数函数电路设计优化

本文主要探讨了一种基于泰勒展开的低成本e指数函数电路设计方法，针对传统的硬件实现中e指数运算所需大量资源的问题进行了优化。论文首先介绍了背景，指出在指数函数计算中，尤其是在嵌入式处理器或超大规模集成电路设计中，直接使用硬件实现e指数函数往往导致资源消耗过大。 研究者提出的关键创新包括：(1) 输入值区间压缩。通过限制输入值的范围，减小了泰勒级数展开的计算复杂度，从而降低了误差。这一步骤对于减少硬件资源的需求至关重要，因为较少的级数项意味着更少的加法和乘法操作。 (2) 泰勒系数修正。对e指数函数的泰勒展开公式中的系数进行了调整，可能通过数学模型或数值分析来优化这些系数，进一步提升了电路的精度和效率。 (3) 硬件实现优化。通过合并和简化运算步骤，减少了电路中的基本逻辑单元，如加法器和乘法器的数量。实验结果显示，这种方法在TSMC 65纳米工艺下，电路面积显著减小至11 068 μm²，折算成门电路数量约为1 976个，同时保持了相对较低的运算误差，仅为10^-2到10^-3级别。 与传统泰勒展开式方法相比，这种改进方法减少了3个加法器和3个乘法器，节省了约60%的硬件资源。这意味着在保证计算精度的同时，电路的功耗和面积成本都有所降低，具有很高的性能/面积比。 作者团队包括林凯文、陈志坚和刘东启，他们分别来自浙江大学超大规模集成电路设计研究所，他们的研究领域涉及嵌入式处理器设计和超大规模集成电路设计。论文还提到了研究得到了复旦大学国家重点实验室开放基金和中央高校基础科研计划的资助。 总结来说，这篇论文提供了一个有效的e指数函数电路设计策略，不仅提高了硬件资源的利用效率，还扩展了输入值范围，为低功耗和高性能的电子系统设计提供了有价值的技术支持。