Design of Low-Power Approximate Encoder for Data Bus Inversion

데이터 버스 반전 기법을 위한 저전력 근사 인코더 설계

As the integration of multiple systems into a single chip increases, on-chip bus power consumption has become a significant concern, necessitating strategies to reduce it. In contrast, off-chip environments requiring reduced energy consumption on buses primarily utilize the Data Bus Inversion (DBI) technique. DBI is a data encoding method that reduces switching activity, achieving an average reduction of 18.25% in switching activity and effectively lowering total energy consumption in off-chip applications. However, applying conventional DBI on-chip leads to energy overhead issues, highlighting the need for a novel DBI encoder tailored to on-chip environments. This paper proposes an approximate DBI encoder that incorporates approximate computation into the majority voter circuit, a key component of the DBI encoder, to address the energy overhead issue. The DBI technique using the two proposed approximate majority voter circuits reduces average switching activity by 5.75% and 10.50%, respectively. While the approximate computation results in a slight increase in switching activity compared to the conventional DBI, it achieves an average reduction of approximately 20% in delay time and around 56% in power consumption.

최근 여러 시스템이 하나의 칩에 통합되는 온칩에서 버스 전력 소비가 증가함에 따라 이를 줄이기 위한 방안의 필요성이 제기된다. 반면 버스에서의 에너지 소비 감소를 필요하는 오프칩 환경에서는 주로 DBI(Data Bus Inversion)기법이 활용된다. DBI 기법은 스위칭 횟수를 줄이도록 데이터를 인코딩하는 기법으로 오프칩에서 사용시 스위칭 활동을 평균적으로 18.25% 감소시키고 총 에너지를 효과적으로 감소시킨다. 그러나 온칩에서 기존 DBI 를 적용하게 될 경우 에너지 오버헤드 문제를 야기하기 때문에 온칩에 적합한 새로운 DBI 인코더가 요구된다. 본 논문에서는 에너지 오버헤드를 해결하기 위해 DBI 인코더의 구성요소인 과반수 판정회로에 근사 연산을 도입하여 근사 DBI 인코더를 제안한다. 두개의 제안된 근사-과반수 판정회로를 사용한 DBI 는 평균적인 스위칭 활동을 각각 5.75%, 10.50% 감소한다. 근사 연산으로 인해 기존 DBI 보다 스위칭 활동이 소폭 증가하지만 지연시간이 평균적으로 약 20% 감소하고 전력 소모 또한 약 56% 감소한다.