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http://hdl.handle.net/1843/58366
Tipo: | Dissertação |
Título: | Time-domain multiply-accumulate unit |
Título(s) alternativo(s): | Unidade multiplicadora-acumuladora no domínio tempo |
Autor(es): | Pedro Sartori Locatelli |
primer Tutor: | Dalton Martini Colombo |
primer miembro del tribunal : | Sergio Bampi |
Segundo miembro del tribunal: | Robson Luiz Moreno |
Tercer miembro del tribunal: | Ricardo Oliveira Duarte |
Resumen: | The twenty-first century marks a revolution in the fields related to electronic devices and computer engineering. The rise of concepts such as Machine Learning, Internet of Things and 5G is shaping the society and the way that people live. In this context, digital signal processing (DSP) serves as a common denominator for all of these concepts, being crucial to their viability and effectiveness. One of the critical components required for signal processing and for many other applications, is the multiply-accumulate (MAC) unit, which is a circuit responsible for performing the operations of multiplication, addition and accumulation. Typically, the MAC unit is incorporated into blocks and applications that operate with voltage and current signals; however, as the feature size of emerging CMOS technologies shrinks, improving performance while reducing area and power consumption becomes increasingly difficult. In order to avoid problems caused by transistor scaling and to overcome some limitations of the conventional MAC unit and applications that rely on this circuit, a viable solution would be to perform multiply-accumulate operations in time-domain. In time mode signal processing (TMSP), time is treated as the variable that transmits the information, instead of the conventional analog and digital variables. The advantage is that this signal contains both analog characteristics, the elapsed time/pulse width, and digital characteristics, since such a signal can take on only two distinct values (0 and VDD). In this way it is possible to combine the advantages of analog circuits with those of digital circuits. This work proposes a new concept of MAC unit, based on time-domain signal processing. The proposed circuit is capable of consecutively multiplying two input time pulses and add them to previously stored signals. The MAC unit design is realized in commercial 180-nm CMOS process, with just 193 logic gates, and occupies an estimated silicon area of about 3167 μm2, employing . The proposed circuit can perform multiply-accumulate operations with less than 5% error for a dynamic range of 19 ns, presenting an R2 linearity of over 0.99. Its power consumption is 1.72 mW from a 1.8 V supply. |
Abstract: | O século 21 marca uma revolução nos campos relacionados a dispositivos eletrônicos e engenharia de computação. A ascensão de conceitos como Machine Learning, Internet das Coisas e 5G está moldando a sociedade e a forma como as pessoas vivem. Neste contexto, o processamento digital de sinais (DSP) serve como denominador comum para todos estes conceitos, sendo crucial para que sejam viáveis e eficazes. Um dos componentes críticos necessários para o processamento de sinais e também para diversas outras aplicações, é a unidade multiplicadora-acumuladora (MAC), que é um circuito responsável pela realização das operações de multiplicação, adição e acumulação. Tipicamente, a unidade MAC está inserida em blocos e aplicações que operam com sinais de tensão e corrente; contudo, à medida que a dimensão das tecnologias CMOS emergentes diminui, melhorar o desempenho ao mesmo tempo que reduz-se a área e o consumo de energia torna-se cada vez mais difícil. A fim de evitar problemas causados pela miniaturização dos transistores e de superar algumas limitações da unidade MAC convencional e de circuitos/aplicações que dependem dela, uma solução viável seria realizar operações de multiplicação e acumulação no domínio tempo. No processamento de sinais em modo tempo (TMSP), o tempo é tratado como a variável que transmite a informação, em vez das variáveis analógicas e digitais convencionais. A vantagem é que esse sinal contém características tanto analógicas, o tempo decorrido/largura do pulso, quanto digitais, pois tal sinal pode assumir apenas dois valores distintos (0 e VDD). Dessa forma, é possível unir as vantagens de circuitos analógicos com as de circuitos digitais. Este trabalho propõe um novo conceito de unidade MAC, baseado no processamento de sinais no domínio tempo. O circuito proposto é capaz de multiplicar consecutivamente dois pulsos temporais de entrada e adicioná-los aos sinais previamente armazenados, oriundos de multiplicações anteriores. O projeto da unidade MAC é realizado em tecnologia CMOS comercial de 180-nm, com apenas 193 portas lógicas, e ocupa área estimada de 3167 μm2 de área de silício. O circuito proposto é capaz de executar operações de multiplicação-acumulação com erro menor que 5%, para 19 ns de alcance dinâmico e apresentando linearidade em R2 de mais de 0.99. |
Asunto: | Engenharia elétrica Aprendizado do computador Processamento de sinais Multiplicação Cálculos numéricos Adição Energia - Consumo Transistores Circuitos eletricos Tempo - Medição |
Idioma: | eng |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Institución: | UFMG |
Departamento: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
Curso: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/58366 |
Fecha del documento: | 17-jul-2023 |
Aparece en las colecciones: | Dissertações de Mestrado |
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