Uso eficiente de aritmética redundante en FPGAs

Abstract

Hasta hace pocos años, la utilización de aritmética redundante en FPGAs había sido descartada por dos razones principalmente. En primer lugar, por el buen rendimiento que ofrecían los sumadores de acarreo propagado, gracias a la lógica de de acarreo que poseían de fábrica y al pequeño tamaño de los operandos en las aplicaciones típicas para FPGAs. En segundo lugar, el excesivo consumo de área que las herramientas de síntesis obtenían cuando mapeaban unidades que trabajan en carrysave. En este trabajo, se muestra que es posible la utilización de aritmética redundante carry-save en FPGAs de manera eficiente, consiguiendo un aumento en la velocidad de operación con un consumo de recursos razonable. Se ha introducido un nuevo formato redundante doble carry-save y se ha demostrado que la manera óptima para la realización de multiplicadores de elevado ancho de palabra es la combinación de multiplicadores empotrados con sumadores carry-save.

Till a few years ago, redundant arithmetic had been discarded to be use in FPGA mainly for two reasons. First, the efficient results obtained using carry-propagate adders thanks to the carry-logic embedded in FPGAs and the small sizes of operands in typical FPGA applications. Second, the high number of resources that the synthesis tools utilizes to implement carry-save circuits. In this work, it is demonstrated that carry-save arithmetic can be efficiently used in FPGA, obtaining an important speed improvement with a reasonable area cost. A new redundant format, double carry-save, has been introduced, and the optimal implementation of large size multipliers has been shown based on embedded multipliers and carry-save adders.