Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Selected Topics in VLSI Design (Module 24513) Vincent Wiese Adder Structures on FPGA and ASIC.

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1 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Selected Topics in VLSI Design (Module 24513) Vincent Wiese Adder Structures on FPGA and ASIC 15.04.2015 © 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik1

2 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Content 1Classification of Adders 2Adder Structures and Characteristics 1Ripple-Carry Adder 2Carry-Select Adder 3Carr-Look-Ahead Adder 4Carry-Save Adder 3On-Road Test with our FIR-Filter 1Procedural Method 2FPGA Results 3ASIC Results 15.04.2015 2© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik

3 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik 1 Classification of Adders 15.04.2015 3© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik

4 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik 2 Adder Structures 15.04.2015 4© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik

5 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Ripple-Carry Adder 15.04.2015 5© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik + easy implementation + small - slow Source: Timmermann (2008): Script „Algorithmen der Datentechnik“

6 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Carry-Select Adder 15.04.2015 6© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik + faster than RCA + decent size - about twice as much FA as RCA - extra hardware for multiplexers and wires Source: http://www.imd.uni-rostock.de/lehre/add/Addierer.pdf

7 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Carry-Look-Ahead Adder 15.04.2015 7© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik + fastest CPA- very large Source: http://www.imd.uni-rostock.de/lehre/add/Addierer.pdf

8 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Carry-Save Adder 15.04.2015 8© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik -results must be converted into non- redundant number system -redundant numbers are bad for relational operations Source: Timmermann (2008): Script „Algorithmen der Datentechnik“

9 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik 15.04.2015 9© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik On-Road Test with our FIR-Filter

10 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Procedural Method 15.04.2015 10© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik used design of phase 1 Direct Form I 14 adders 14 multipliers a 16 serial adders 40 Bit numbers in each adder

11 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FPGA Results 15.04.2015 11© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik Adderf / MHz#R#LUT#LUT single Ripple-Carry53,3787625.32160 Carry-Look-Ahead52,4407695.14561 Carry-Save*63,0848258.38579

12 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik ASIC Results 15.04.2015 12© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik Adderf / MHzA / µm²P (dynamic) / mWP (leakage) / µW Ripple-Carry10051.2542,270,51 Carry-Look-Ahead10070.9192,510,70 Carry-Save*10086.6043,211,03 Adderf (max) / MHzA / µm²P (dynamic) / mWP (leakage) / µW Ripple-Carry153-4,391,01 Carry-Look-Ahead130111.3515,371,45 Carry-Save*156124.1736,701,70

13 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Thank you! 15.04.2015 13© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik