64位高性能通用微处理器整数部件的设计与实现

作     者：屈双喜 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈吉华

授予年度：2004年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：显式并行指令计算 微处理器 流水线 整数部件 设计 优化 验证 

摘      要：随着科学计算规模的不断增大,多媒体应用种类的不断增多以及事务处理和科学研究领域的不断深入,人们对微处理器性能的要求不断提高,我们国家对于发展高性能微处理器也日益重视。本课题来源于863重大课题“高性能通用CPU芯片设计,目标是设计一款64位高性能通用微处理器。本文分析了基于IA-64体系结构的Itanium系列微处理器,研究了我们自主设计的X处理器的微体系结构,深入研究了IA-64指令集中的整数指令,设计并实现了X处理器的整数部件。最后,针对所设计的整数部件进行了时序优化和功能验证。主要研究内容包括: 1.分析了基于IA-64指令集的Itanium系列微处理器的体系结构,对EPIC设计风格进行了研究;2.研究了我们自主设计的一款兼容IA-64指令集的微处理器——X处理器的体系结构,深入研究了IA-64指令集中的整数指令;3.设计实现了X处理器的整数部件,其中包括多媒体部件的设计、64位动态并行加法器的设计、64位先行进位加法器的设计、并行乘法器的设计、移位器的设计等等;4.针对所设计的整数部件进行了时序优化和功能验证。提出了三种有效的优 化设计策略,包括分站处理、微操作级资源复制和关键信号提前生成;建立了一套实用的模拟验证流程,实际证明我们的优化和验证工作思路正确、效果明显。 5.所设计的整数部件用Synopsys公司的Design Compiler进行了综合,目标工艺库使用Artisan 0.13微米的typical(典型)工艺库,整数部件最长路径延时为1.96ns,满足系统性能的要求。将整数部件嵌入到整个X处理器系统中,整个X处理器系统在Cadence公司的Palladium硬件仿真平台上进行硬件仿真验证通过。