بهبود توان مصرفي واحد شيفت رجيستر در فيلترهاي FIR مبتني بر ساختار DA با استفاده از بررسي ويژگي هاي آماري سيگنال

A New Low-Power Schema for DA-based FIR filters front-end shift-register arrays utilizing statistical properties of massive inputs

مدل كلي پردازشگرهاي جريان داده يا شتاب دهنده هاي سخت افزاري در حوزه ويديو، تصوير يا صوت شامل دو بخش اصلي آرايه هاي عظيم ثبات انتقال و المان هاي پردازشي است. نمونه اي پركاربرد از اين واحدها كه منطبق بر مدل كلي پردازشگرهاي جريان داده نيز هستند، فيلتر FIR با ساختار DA است كه به جاي ضرب كننده هاي پرمصرف از جمع و شيفت براي انجام عمليات ضرب استفاده مي كند. بخش ثبات عمده توان مصرفي پويا اين پردازشگرها و فيلترهاي FIR را شامل مي شود بنابراين كم كردن توان مصرفي المان ذخيره ساز مهم است. از طرف ديگر بررسي ويژگي هاي آماري نقش مهمي در طراحي و بهبود پارامترهاي اساسي مدار نظير توان مصرفي و افزايش بازدهي مي تواند داشته باشد. به طور نمونه چگالي گذر يكي از پارامترهاي اصلي در مصرف توان پويا است. با بررسي چگالي گذر در ورودي هاي پردازشگرهاي جريان داده مانند تصاوير در اين مقاله نشان داده مي-شود كه اين پارامتر در پايگاه داده مورد بررسي در 55 درصد حالات كمتر از 0.5 است. با توجه به تنك بودن سيگنال-هاي مورد ارزيابي، فليپ فلاپ كم توان در تكنولوژي 65 نانومتر با استفاده از روش هاي قطع متناوب كلاك و چند تغذيه اي طراحي شده است كه مناسب براي استفاده در آرايه هاي ثبات انتقال پردازشگرهاي جريان داده است. با استفاده ي هم زمان از دو روش قطع متناوب كلاك و چند تغذيه اي در آرايه ي ثبات انتقال 8 در 5 به كار رفته در فيلتر FIR با ساختار DA، به بهبودي ميان 26 تا 86 درصد در توان مصرفي پويا و 84 درصد بهبود در توان مصرفي ايستا مي توان دست يافت.

The general model for hardware accelerators and stream processors in the area of video, image or audio processing is comprised of two major parts of very large array of shift registers and arithmetic elements. A common example of digital signal processing units that fit the general model of data stream processors is the DA-based FIR, which uses add and shifts to perform multiply operations instead of high-cost multipliers. The shift registers are the major dynamic power consumer of data stream processors and FIR Filters, thus reducing the power consumption of the storage elements can contribute to energy efficiency of the whole system. On the other hand, the study of statistical properties can play an important role in the design and improvement of basic circuit parameters such as power consumption and efficiency. For example, transition density (TD) is one of the main parameters in dynamic (or switching) power consumption. By examining the TDs at the inputs of the data stream processors; where the data is a set of images selected from a database, it is shown that the TDs are less than 0.5 in 55% of the inputs. Due to the sparsity of the evaluated signals, a low-power flip flop is designed in 65nm technology by applying clock-gating and multi-vdd methods, which is suitable for use in shift registers. Simultaneous use of two methods of clock-gating and multi-vdd in the 8×5 shift register array can achieve an improvement between 26 to 86% in dynamic and 84% improvement in static power consumption.