三值FPRM电路性能的多目标优化

论文摘要

随着超大规模集成电路（Very Large Scale Integration Circuit,VLSI）技术的快速发展,芯片的集成度和时钟频率的激增导致芯片功耗越来越大。功耗的不断增加不仅带来芯片电源的问题,而且加速电路老化并且缩短芯片寿命,于是有必要在芯片设计过程中综合考虑电路面积、功耗与延时之间的优化关系。多值逻辑电路相比传统的二值电路增加单线的信息携载能力,不仅提高数字电路信息密度,缩小电路面积,而且减少电路引出线,降低电路内部互连线的复杂度,其中三值逻辑在多值逻辑系统中基数最小,容易实现,并具有代表性。Boolean逻辑和RM（Reed-Muller）逻辑是三值逻辑函数的两种主要表现形式,与传统的布尔逻辑电路相比,基于RM逻辑的电路（如算术逻辑电路、通信电路等）在电路面积、功耗和速度等方面具有更明显的优势。三值固定极性（Fixed Polarity Reed-Muller,FPRM）表达式是三值RM逻辑函数中一种常见的逻辑表达式,n变量的三值FPRM表达式共有3n个极性,不同极性对应不同的三值FPRM表达式,其相应电路面积、功耗与延时也不同。鉴于此,本文首先建立三值FPRM电路面积、功耗与延时估算模型,然后利用多目标群智能算法搜索电路的最佳极性解集,从而达到电路面积、功耗与延时综合优化的目的。研究内容主要包括以下四部分:1.三值FPRM电路极性优化数学模型的完善:通过对三值FPRM逻辑表达式进行研究,分别提出基于列表技术的三值FPRM电路极性转换算法,以及三值FPRM电路面积、功耗与延时估算模型等,并在此基础上,结合穷举法,分别提出三值FPRM电路延时优化方案和功耗优化方案。2.基于竞争行为机制的多目标离散粒子群算法（Multi-Objective Discrete Competitive Particle Swarm Optimization,MODCPSO）的三值FPRM电路面积与延时综合优化:通过对多目标离散粒子群算法（Multi-Objective Discrete Particle Swarm Optimization,MODPSO）进行研究,引入竞争行为机制和变异机制,建立MODCPSO算法到三值FPRM电路面积与延时优化的映射,并结合三值FPRM电路面积与延时估算模型,提出一种基于MODCPSO算法的三值FPRM电路面积与延时优化方案。3.基于差分非支配排序遗传算法（Differential Non-dominated Sort Genetic Algorithm II,DNSGA-II）的三值FPRM电路面积与功耗综合优化:通过将差分进化策略引入快速非支配排序遗传算法（Nondominated Sort Genetic Algorithm II,NSGA-II）中,提出搜索能力更强的DNSGA-II算法,建立DNSGA-II算法到三值FPRM电路面积与功耗优化的映射,并结合三值FPRM电路面积与功耗估算模型,提出DNSGA-II算法的最佳极性搜索方案。4.基于多目标教与学优化（Multi-Objective Teaching-Learning-Based Optimization Algorithm,MOTLBO）算法三值FPRM电路面积、功耗和延时综合优化:通过对三值FPRM逻辑表达式进行研究,设计三值FPRM电路延时与功耗分解算法,并结合MOTLBO算法与三值FPRM电路极性转换技术,提出MOTLBO算法的最佳极性搜索方案。本文所提优化方案均用C语言通过VC6.0编译实现,利用MCNC标准电路进行仿真测试,结果表明所提方案优化效果明显。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王铭波

导师: 汪鹏君

关键词: 三值电路,多目标群智能算法,综合优化,极性搜索

来源: 宁波大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 数学,无线电电子学

单位: 宁波大学

分类号: TN40;O224

DOI: 10.27256/d.cnki.gnbou.2019.000358

总页数: 60

文件大小: 1294K

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标签：三值电路论文;  多目标群智能算法论文;  综合优化论文;  极性搜索论文;