Avances en el diseño de multiplicadores Dadda
Un nuevo diseño de multiplicador Dadda mejora la velocidad y eficiencia en sistemas digitales.
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Tabla de contenidos
Los multiplicadores digitales son partes importantes de los sistemas electrónicos. Ayudan a realizar multiplicaciones, que son operaciones básicas en muchos cálculos. El rendimiento de estos multiplicadores afecta cuán rápido y eficiente trabaja un sistema. En aplicaciones como el procesamiento de imágenes y la evaluación de datos, tener un buen multiplicador es clave.
Resumen del Multiplicador Dadda
Un tipo de multiplicador digital es el multiplicador Dadda. Este multiplicador está diseñado para ser más rápido que otros tipos, como los multiplicadores en array. Sin embargo, los multiplicadores Dadda suelen usar más energía y requieren más hardware para ser construidos. Este trabajo se centra en mejorar el multiplicador Dadda para hacerlo más rápido y eficiente en energía, utilizando menos partes.
Componentes de un Multiplicador
Un multiplicador digital típico funciona en tres pasos principales. Primero, toma dos números y usa puertas AND para producir Productos Parciales. Luego, combina estos productos parciales utilizando sumadores hasta que solo queden dos capas de números. Finalmente, estas dos capas se suman para obtener el resultado final. La mayoría de la investigación en este área se ha centrado en el segundo paso, que es crucial para reducir el tiempo y el Consumo de energía.
Mejoras en el Diseño del Multiplicador
Muchos estudios han intentado mejorar el rendimiento de los multiplicadores al centrarse en cómo combinar los productos parciales. Por ejemplo, algunos nuevos diseños utilizan tipos específicos de sumadores que reducen el número de piezas necesarias y también bajan el consumo de energía. Varios autores han sugerido diferentes maneras de hacer el multiplicador Dadda mejor, usando menos energía o reduciendo el tamaño del circuito.
En términos más simples, los investigadores siempre están buscando formas de hacer que los multiplicadores sean más rápidos y requieran menos recursos. Algunos métodos utilizan diseños especiales, como aproximaciones, que pueden ser buenos para ciertas tareas donde no siempre se necesitan resultados exactos.
El Diseño Propuesto del Multiplicador
Este trabajo presenta un nuevo diseño para un multiplicador Dadda, llamado el multiplicador Dadda completo. Tiene un nuevo sumador que no solo es más rápido, sino que también requiere menos espacio y energía que los diseños tradicionales. El diseño propuesto utiliza una combinación de medio sumadores y convertidores especiales para procesar la multiplicación de manera eficiente.
En lugar de depender completamente de sumadores completos en las etapas iniciales, el nuevo diseño utiliza medio sumadores para un procesamiento más rápido. Este cambio simplifica el diseño y ahorra espacio. Para sumar los números, se utiliza un mejor tipo de sumador de acarreo para proporcionar los resultados finales.
El nuevo diseño del multiplicador ha sido probado usando diferentes procesos tecnológicos y varias frecuencias. Los resultados muestran que este diseño rinde mejor en términos de velocidad, consumo de energía y número de piezas necesarias para construirlo.
Estructura del Multiplicador Propuesto
La estructura del multiplicador Dadda completo propuesto está diseñada para generar múltiples productos parciales. Cada par de bits de los dos números se multiplica utilizando puertas AND. Este proceso resulta en varios resultados intermedios. El nuevo diseño organiza estos resultados para combinarlos de manera más eficiente.
En lugar de usar un método tradicional que puede requerir muchas puertas y capas extra, la nueva estructura minimiza el número de puertas necesarias. Todos estos cambios resultan en tiempos de procesamiento más rápidos mientras reducen el consumo de energía.
La estructura modificada permite que las primeras partes de la suma sean más rápidas, ya que usa medio sumadores. Esto permite que el circuito responda a las entradas sin esperar a que termine el proceso de suma.
Beneficios del Nuevo Diseño
Velocidad: El diseño propuesto muestra tiempos operacionales más rápidos comparados con métodos anteriores. Al usar medio sumadores y modificar el diseño del sumador de selección de acarreo, el nuevo multiplicador obtiene resultados rápidamente.
Eficiencia: La nueva estructura usa menos transistores que los diseños más antiguos. Menos transistores significan menos energía usada, lo que es una ventaja significativa, especialmente al formar sistemas más grandes.
Reducción de Retardo: Con un diseño cuidadoso de la disposición, el retardo general para obtener resultados se minimiza. Los datos se transfieren a través de un camino más simple, lo que ayuda a llegar a la respuesta final más rápido.
Menor Consumo de Energía: Al emplear un nuevo tipo de sumador y menos componentes, este diseño lleva a un menor consumo de energía en varias frecuencias de operación.
Resultados de Simulación
El multiplicador propuesto fue probado usando simulaciones informáticas avanzadas. Se aplicaron varias condiciones para entender qué tan bien funciona bajo diferentes circunstancias. Se recopilaron resultados a través de diferentes tecnologías y frecuencias.
A nivel tecnológico de 50 nm, el multiplicador mostró bajo consumo de energía a varias frecuencias. Por ejemplo, consumió una pequeña cantidad de energía incluso al operar a mayores velocidades. Esto demuestra su potencial para aplicaciones donde la eficiencia energética es crucial.
Los resultados de las pruebas también indican que con el nuevo diseño y disposición, los métricas de rendimiento general son superiores en comparación con muchos diseños existentes. Esto refuerza la idea de que el multiplicador Dadda propuesto es un fuerte contendiente en el campo de los multiplicadores digitales.
Conclusión
En conclusión, el multiplicador Dadda completo ofrece un enfoque fresco para la multiplicación digital. Al enfocarse en reducir el número de componentes y mejorar la velocidad, logra avances significativos sobre los diseños tradicionales.
Las modificaciones al sistema de sumador y la disposición aseguran que este multiplicador se destaque en términos de eficiencia energética y velocidad de procesamiento. A medida que la tecnología sigue evolucionando, tener diseños como este puede mejorar mucho el rendimiento de los sistemas digitales.
Este multiplicador propuesto puede ser una excelente opción para aplicaciones donde la velocidad y la eficiencia energética son factores clave. Ya sea en dispositivos móviles, computadoras u otros sistemas electrónicos, emplear soluciones innovadoras como esta contribuirá a un mejor rendimiento general. Las futuras aplicaciones en varios campos pueden beneficiarse de estos avances en los diseños de multiplicadores digitales.
Título: Area, Delay, and Energy-Efficient Full Dadda Multiplier
Resumen: The Dadda algorithm is a parallel structured multiplier, which is quite faster as compared to array multipliers, i.e., Booth, Braun, Baugh-Wooley, etc. However, it consumes more power and needs a larger number of gates for hardware implementation. In this paper, a modified-Dadda algorithm-based multiplier is designed using a proposed half-adder-based carry-select adder with a binary to excess-1 converter and an improved ripple-carry adder (RCA). The proposed design is simulated in different technologies, i.e., Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) 50nm, 90nm, and 120nm, and on different GHz frequencies, i.e., 0.5, 1, 2, and 3.33GHz. Specifically, the 4-bit circuit of the proposed design in TSMCs 50nm technology consumes 25uW of power at 3.33GHz with 76ps of delay. The simulation results reveal that the design is faster, more power-energy-efficient, and requires a smaller number of transistors for implementation as compared to some closely related works. The proposed design can be a promising candidate for low-power and low-cost digital controllers. In the end, the design has been compared with recent relevant works in the literature.
Autores: Muteen Munawar, Zain Shabbir, Muhammad Akram
Última actualización: 2023-07-11 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2307.05677
Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2307.05677
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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