32비트 VLSI프로세서 HARP의 마이크로 아키텍츄어 최적설계에 관한 연구

HARP(High performance Architecture for RISC type Processor)는 고유의 명령어 세트, 데이터 타입, 메모리 입출력, 예외 처리 기능을갖는 32비트 VLSI 프로세서 구조이다. 마이크로 아키텍츄어는 설계된 구조를 기대할 수 있는최고 성능을 갖도록 구조(architecture)와 구현(implementation) 사이의 최적 모델링을 통해 정의되는 구조체로서 구조의 개념 설계를 구현의 실물 설계로 변환 시켜주는 조율(tuning)모델이다. HARP의 고유한 명령어 세트를 비롯한 구조적 기능들을 최적 구현 하기위해 32비트 크기의 명령어 입력 유니트(Instruction Fetch Unit), 데이터 입출력 유니트(Data I/O Unit), 명령어/데이터 처리유니트(Instruction/Data Processing Unit), 예외 상황 처리 유니트(Exception Processing Unit)등 4개 유니트가 설계되었으며 이들 4개 유니트의 동작을 최대 속도로 유지시키기 위해 각급 주요 설계 변수들이 시뮬레이션을 통해 최적화 되었다. 유효 채널길이 $0.7\mum$급 3층 메탈 배선의 HCMOS(High performance CMOS)공정 기술을 구현 기준 기술로 사용하여 50MHz외 동작 주파수에서 최대50 MIPS(Million Instructions Per Second)의 성능을 갖도록 3단계 파이프라인이 설계되었다. 단일 위상의 50MHz클럭 입력과 동기화된 명령어/데이터 입출력을 위해 액세스 타임 20nsec이내의 고속 메모리 입출력 구조가 시뮬레이션되었으며 설계된 마이크로 아키텍츄어를 이용하여 HARP구조의 기대된 최대 성능을 검증하였다.