基于部分积概率分析的高精度低功耗近似浮点乘法器设计

来源：电子与信息学报杂志2023年第1期北京时间：

作者：闫成刚, 赵轩, 徐宸宇, 陈珂, 葛际鹏, 王成华, 刘伟强

单位：南京航空航天大学电子信息工程学院/集成电路学院   南京   211106

摘要：浮点乘法器是高动态范围(HDR)图像处理、无线通信等系统中的关键运算单元，其相比于定点乘法器动态范围更广，但复杂度更高。近似计算作为一种新兴范式，在受限的精度损失范围内，可大幅降低硬件资源和功耗开销。该文提出一种16 bit半精度近似浮点乘法器(App-Fp-Mul)，针对浮点乘法器中的尾数乘法模块，根据其部分积阵列中出现1的概率，提出一种对输入顺序不敏感的近似4-2压缩器及低位或门压缩方法，在精度损失较小的条件下有效降低了浮点乘法器资源及功耗。相较于精确设计，所提近似浮点乘法器在归一化平均错误距离(NMED)为0.0014时，面积及功耗延时积方面分别降低20%及58%；相较于现有近似设计，在近似位宽相同时具有更高的精度及更小的功耗延时积。最后将该文所提近似浮点乘法器应用于高动态范围图像处理，相比现有主流方案，峰值信噪比和结构相似性分别达到83.16 dB 和 99.9989%，取得了显著的提升。

关键词：近似计算, 近似浮点乘法器, 部分积概率分析, 低功耗

基金资助：国家自然科学基金(62101246, 62022041, 62101252)，江苏省自然科学基金(BK20200417)，江苏省双创博士专项资金(2020-30377)