We propose floating point arithmetic units for geometry operation of mobile 3D graphic processor. The proposed arithmetic units conform to the single precision format of IEEE standard 754-1985 that is a standard of floating point arithmetic. The rounding algorithm applies the nearest toward zero form. The proposed adder/subtraction unit and multiplier have one clock cycle latency, and the inversion unit has three clock cycle latency. We estimate the required numbers of arithmetic operation for Viewing transformation. The first stage of geometry operation is composed with translation, rotation and scaling operation. The translation operation requires three addition and the rotation operation needs three addition and six multiplication. The scaling operation requires three multiplication. The viewing transformation is performed in 15 clock cycles. If the adder and the multiplier have their own in/out ports, the viewing transformation can be done in 9 clock cycles. The error margin of proposed arithmetic units is smaller than $10^{-5}$ that is the request in the OpenGL standard. The proposed arithmetic units carry out operations in 100MHz clock frequency.
This paper presents a design and MPW implementation of 3D Graphics Floating Point IPs. Designed IPs include adder, subtractor, multiplier, divider, and reciprocal unit. The IPs have pipelined structures. The IPs meet the accuracy required in OpenGL ES. The operation frequency of the IPs is 100MHz. The IPs can be efficiently used in 3D graphics accelerators.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TE
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v.39
no.4
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pp.355-355
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2002
In this paper, we designed a FPU(floating point unit) that it is very important and requires of high density when digital audio is designed. Almost audio system must support the multi-channel and required for high quality. A floating point arithmetic function in MPEG-2 AAC that implemented by hardware is able to realtime decoding when DSP realization. The reason is that MPEG-2 AAC is compatible to the Audio field of MPEG-4 and afterwards. We designed a FPU by hardware to increase the speed of a floating point unit with much calculation part in the MPEG-2 AAC Decoder. A FPU is composed of a multiplier and an adder. A multiplier used the Radix-4 Booth algorithm and an adder adopted 1's complement method for speed up. A form of a floating point unit has 8bit of exponent part and 24bit of mantissa. It's compatible with the IEEE single precision format and adopted a pipeline architecture to increase the speed of a processor. All of sub blocks are based on ISO/IEC 13818-7 standard. The algorithm is tested by C language and the design does by use of VHDL(VHSIC Hardware Description Language). The maximum operation speed is 23.2MHz and the stable operation speed is 19MHz.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.48
no.10
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pp.72-81
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2011
In this paper, we proposed and designed a novel floating point converter which supports single and double precisions of IEEE754 standard. The proposed convertor supports conversions between floating point number single/double precision and signed fixed point number(32bits/64bits) as well as conversions between signed integer(32bits/64bits) and floating point number single/double precision and conversions between floating point number single and double precisions. We defined a new internal format to convert various input types into one type so that overflow checking could be conducted easily according to range of output types. The internal format is similar to the extended format of floating point double precision defined in IEEE754 2008 standard. This standard specifies that minimum exponent bit-width of the extended format of floating point double precision is 15bits, but 11bits are enough to implement the proposed converting unit. Also, we optimized rounding stage of the convertor unit so that we could make it possible to operate rounding and represent correct negative numbers using an incrementer instead an adder. We designed single cycle data path and 5 cycles data path. After describing the HDL model for two data paths of the convertor, we synthesized them with TSMC 180nm technology library using Synopsys design compiler. Cell area of synthesis result occupies 12,886 gates(2 input NAND gate), and maximum operating frequency is 411MHz.
Dynamic Thermal Management (DTM) technique is generally used for reducing the peak temperature (hotspot) in the microprocessors. Despite the advantages of lower cooling cost and improved stability, the DTM technique inevitably suffers from performance loss. This paper proposes the DualFloating-Point Adders Architecture to minimize the performance loss due to thermal problem when the floating-point applications are executed. During running floating-point applications, only one of two floating-point adders is used selectively in the proposed architecture, leading to reduced peak temperature in the processor. We also propose a new floorplan technique, which creates Space for Heat Transfer Delay in the processor for solving the thermal problem due to heat transfer between adjacent hot units. As a result, the peak temperature drops by $5.3^{\circ}C$ on the average (maximum $10.8^{\circ}C$ for the processor where the DTM is adopted, consequently giving a solution to the thermal problem. Moreover, the processor performance is improved by 41% on the average by reducing the stall time due to the DTM.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.5
no.3
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pp.517-524
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2001
This paper describes a design of radix-2 SRT divider unit, which supports IEEE-754 floating-point standard, using redundant binary number system (RBNS). With the RBNS, the partial quotient decision logic can operate about 20-% faster, as well as can be implemented with a simple hardware when compared to the conventional methods based on two's complement arithmetic. By using a new redundant binary adder proposed in this paper, the mantissa divider is efficiently implemented, thus resulting in about 20% smaller area than other works. The divider unit supports double precision format, five exceptions and four rounding modes. It was verified with Verilog HDL and Verilog-XL.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.12
no.3
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pp.547-554
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2008
In this paper, two-stage pipelined floating-point multiplier (FP-MUL) is designed. The FP-MUL processor supports single precision multiplication for 3D graphic APIs, such as OpenGL and Direct3D and has area-efficient and low-latency architecture via saturated arithmetic, area-efficient sticky-bit generator, and flagged prefix adder. The FP-MUL has about 4-ns delay time under $0.13{\mu}m$ CMOS standard cell library and consists of about 7,500 gates. Because its maximum performance is about 250 MFLOPS, it can be applicable to mobile 3D graphics application.
This paper describes an equalizer using the DFE (Decision Feedback Equalizer) structure, CMA. (Constant Modulus Algorithm) and LMS (Least Mean Square) algorithms. We employ high speed multipliers, square logics and many CSAs (Carry Save Adder) for high speed operations. We have developed floating-point models and fixed-point models using the COSSAP$\^$TM/ CAD tool and developed VHDL models. We have peformed logic synthesis using the SYNOPSYS$\^$TM/ CAD tool and the SAMSUNG 0.5 $\mu\textrm{m}$ standard cell library (STD80). The total number of gates is about 130,000.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.39
no.4
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pp.173-179
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2002
This paper describes an equalizer using the DFE (Decision Feedback Equalizer) structure, CMA (Constant Modulus Algorithm) and LMS (Least Mean Square) algorithms. The DFE structure has better channel adaptive performance and lower BER than the transversal structure. The proposed equalizer can be used for 16/64 QAM modems. We employ high speed multipliers, square logics and many CSAs (Carry Save Adder) for high speed operations. We have developed floating-point models and fixed-point models using the COSSAP$\^$TM/ CAD tool and developed VHDL filter. The proposed equalizer shows low BER in multipath fading channel. We have performed models. From the simulation results, we employ a 12 tap feedback filter and a 8 tap feedforward logic synthesis using the SYNOPSYS$\^$TM/ CAD tool and the SAMSUNG 0.5$\mu\textrm{m}$ standard cell library (STD80) and verified function and timing simulations. The total number of gates is about 130,000.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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v.9
no.2
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pp.611-614
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2005
1970년대 말까지 초창기에 출시된 컴퓨터들은 부동 소수점을 표현하기 위한 자신들의 내부적 표현방식을 사용하였다. 따라서 각 컴퓨터마다 부동 소수점 연산에 대한 계산 결과가 약간씩 차이가 나기도 하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 IEEE에서는 부동 소수점에 대한 표준안을 제안하였다. 이는 서로 다른 컴퓨터 간에 부동 소수점 데이터의 교환이 가능하게 할 뿐만 아니라 하드웨어 설계자들에게도 정확한 모델을 제공하는 것이 목적이었다. 이 당시 제정된 부동 소수점 표준안은 IEEE Standard 754 부동 소수점이며, 오늘날 인텔 CPU 기반의 PC, 매킨토시 및 대부분의 유닉스 플랫폼에서 컴퓨터 상의 실수를 표현하기 위해 사용하는 가장 일반적인 표현 방식으로 발전하였다. 본 논문에서는 부동 소수점의 기본적인 표현방식에 대해 연구하고, 이 중 32 bit 단일 정밀도 부동 소수점 가산기를 Microsoft Visual C++ 6.0을 이용해 시뮬레이션하고 이를 VHDL로 구현한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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