【摘 要】
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开源的RISC-Ⅴ架构为集成电路设计技术提供了新的创新平台,论文讨论了64位RISC-Ⅴ超标量乱序处理器BOOM。文章依托其整数指令执行级流水研究和关键路径时序阻塞的分析,对整数执行部件（EXU）进行优化设计。通过增加合理的硬件开销,达到减少执行周期,提升频率的高性能要求。完成的内容与工作如下:本文先对发射单元进行结构上优化设计,设计了不同指令周期长度的专用发射队列;提高分支指令优先级;采用pos
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开源的RISC-Ⅴ架构为集成电路设计技术提供了新的创新平台,论文讨论了64位RISC-Ⅴ超标量乱序处理器BOOM。文章依托其整数指令执行级流水研究和关键路径时序阻塞的分析,对整数执行部件（EXU）进行优化设计。通过增加合理的硬件开销,达到减少执行周期,提升频率的高性能要求。完成的内容与工作如下:本文先对发射单元进行结构上优化设计,设计了不同指令周期长度的专用发射队列;提高分支指令优先级;采用position-based发射策略;发射选择逻辑采用并行age域计算设计;增加EXU内部数据旁路设计,来解决流水线中的数据相关阻塞;使用计分牌方法实现多周期顺序写回来避免阻塞。其次对整数乘除单元进行算法上优化设计。乘法上采用基4Booth编码和华莱士树型结构来减少乘法运算周期,除法上采用SRT16与保留余数法法结合的算法加快运算速度,减少运算周期。在相同的综合条件下逻辑综合,优化设计与原设计进行对比。综合结果为在增加合理的硬件开销的基础上,缩短了运算周期,提高了处理器时钟频率。最后本文基于UVM验证方法学对相关设计进行验证分析,进行模块级功能验证,指令基本通路测试等。验证结果功能和代码覆盖率达到99%,再通过Linux OS系统引导,加载入新思科技的HAPS-80-S104-FPGA,Core Mark和SPEC2006板级性能测试。优化后的BOOM运行SPEC整数测试集的性能提升33%,整数执行部件在TSMC 28nm CMOS工艺下的最长路径的频率可以达到2.02GHz的频率,频率提升34.6%。该设计可用于与BOOM处理器有相似发射单元的RISC-Ⅴ处理器,存在一定的应用价值,同时也为更高级的超标量乱序执行处理器提供了思路和方法。
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