Wave Pipelining: Theory and CMOS Implementation

جستجو برای سیستم‌های دیجیتال با کارایی بالاتر برای برنامه‌هایی مانند محاسبات عمومی، پردازش سیگنال/تصویر، و ارتباطات راه دور و افزایش آگاهی هزینه‌ها، منجر به انگیزه بزرگی برای سیستم‌های VLSI با سرعت بالا شده است که در فناوری‌های ارزان و به طور گسترده در دسترس پیاده‌سازی می‌شوند. به عنوان CMOS. این تک نگاری بر اساس پایان نامه دکتری نویسنده اول، بر تکنیک خط لوله موج به عنوان یکی از روش های دستیابی به این هدف متمرکز است. تمرکز اصلی این تکنگار ارائه یک ارائه منسجم از تئوری عملیات خط لوله موجی مدارهای دیجیتال و بحث در مورد تکنیک های طراحی عملی برای تحقق مدارهای خط لوله موج در فناوری CMOS است. برای افزایش کارایی، خط لوله موج را می توان در مدارهای مختلف استفاده کرد. به عنوان مثال، بسیاری از معماری‌هایی که از محاسبات سیستولیک پشتیبانی می‌کنند، خود را به تحقق خط لوله موج می‌دهند. همچنین، روش طراحی خط لوله موج بر نقش انحراف ساعت کنترل شده در استخراج عملکرد بهبود یافته از مدارهایی که به طور عمیق خط لوله نیستند، تأکید می کند. خط لوله موج (همچنین به عنوان خط لوله حداکثر سرعت شناخته می شود) یک روش زمان بندی است که در سیستم های دیجیتال برای افزایش تعداد مراحل موثر خط لوله بدون افزایش تعداد ثبت های فیزیکی در خط لوله استفاده می شود. با استفاده از این تکنیک، داده‌های جدید به ورودی‌های یک بلوک منطق ترکیبی اعمال می‌شود، قبل از اینکه خروجی‌های ناشی از ورودی‌های قبلی در دسترس باشند، بنابراین به طور موثر منطق ترکیبی را خط لوله می‌کنند و استفاده از منطق را به حداکثر می‌رسانند.

The quest for higher performance digital systems for applications such as gen­ eral purpose computing, signal/image processing, and telecommunications and an increasing cost consciousness have led to a major thrust for high speed VLSI systems implemented in inexpensive and widely available technologies such as CMOS. This monograph, based on the first author's doctoral dissertation, con­ centrates on the technique of wave pipelining as one method toward achieving this goal. The primary focus of this monograph is to provide a coherent pre­ sentation of the theory of wave pipelined operation of digital circuits and to discuss practical design techniques for the realization of wave pipelined circuits in the CMOS technology. Wave pipelining can be applied to a variety of cir­ cuits for increased performance. For example, many architectures that support systolic computation lend themselves to wave pipelined realization. Also, the wave pipeline design methodology emphasizes the role of controlled clock skew in extracting enhanced performance from circuits that are not deeply pipelined. Wave pipelining (also known as maximal rate pipelining) is a timing method­ ology used in digital systems to increase the number of effective pipeline stages without increasing the number of physical registers in the pipeline. Using this technique, new data is applied to the inputs of a combinational logic block be­ fore the outputs due to previous inputs are available thus effectively pipelining the combinational logic and maximizing the utilization of the logic.