一種浮點(diǎn)數(shù)乘法的舍入方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)中的浮點(diǎn)乘法運(yùn)算技術(shù)領(lǐng)域，確切地說(shuō)，屬于IEEE 754 標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)乘法的尾數(shù)舍入技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)的精確性和處理實(shí)時(shí)性要求日益 提高。浮點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算已經(jīng)被數(shù)字信號(hào)處理（DSP)領(lǐng)域廣泛采用。
[0003] 浮點(diǎn)乘法器是DSP處理器和高性能計(jì)算系統(tǒng)的重要組成部分，有研宄表明，在涉 及浮點(diǎn)的操作中，有31%左右是乘法操作。在以往的設(shè)計(jì)中，浮點(diǎn)乘法是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵路 徑所在，主要原因?yàn)楦↑c(diǎn)乘法器進(jìn)行尾數(shù)處理時(shí)間較長(zhǎng)。
[0004] IEEE 754定義的浮點(diǎn)表示由符號(hào)位，帶偏移指數(shù)部分和尾數(shù)部分組成。浮點(diǎn)乘法 可以分為三部分：符號(hào)位異或，指數(shù)相加與尾數(shù)相乘。這三部分運(yùn)算可以并行計(jì)算，并在相 應(yīng)階段做出調(diào)整。因?yàn)樵诟↑c(diǎn)表示中，尾數(shù)位寬固定，尾數(shù)相乘后的結(jié)果須舍棄一部分，對(duì) 此，IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)定義了四種舍入模式：就近舍入，向零舍入，向正無(wú)窮舍入和向負(fù)無(wú)窮舍 入。在尾數(shù)的處理中，何處是臨界的舍入點(diǎn)與尾數(shù)相乘的結(jié)果有關(guān)，這也是浮點(diǎn)乘法中最易 出錯(cuò)和最耗時(shí)的部分。
[0005] 所以，本發(fā)明提出一種適用于IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)的單雙精度各種舍入模式的快速浮 點(diǎn)乘法舍入裝置，以提高浮點(diǎn)乘法器的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種快速浮點(diǎn)乘法舍入裝置，通過(guò)歸納 IEEE 754的舍入模式和在尾數(shù)處理中部分積壓縮時(shí)提前引入一個(gè)與舍入相關(guān)的特殊值，簡(jiǎn) 化后續(xù)尾數(shù)舍入。
[0008] (二）技術(shù)方案
[0009] 本發(fā)明提出了一種浮點(diǎn)數(shù)乘法的舍入方法，其特征在于，在進(jìn)行部分積壓縮時(shí)，弓丨 入預(yù)定數(shù)據(jù)作為部分積參與部分積壓縮；所述預(yù)定數(shù)據(jù)根據(jù)浮點(diǎn)乘法結(jié)果的舍入方式不同 而不同，具體如下取值：
[0010] (1)舍入是向零舍入時(shí)，特殊數(shù)為0 ;
[0011] (2)舍入是就近取偶舍入時(shí)，特殊數(shù)為2N1
[0012] (3)舍入是向正無(wú)窮舍入時(shí)，如果結(jié)果的符號(hào)位是正，取值為2M-1，否則是0 ;
[0013] (4)舍入是向負(fù)無(wú)窮舍入時(shí)，如果結(jié)果的符號(hào)位是負(fù)，取值為2M-1，否則是0 ;
[0014] 其中，N表示浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的長(zhǎng)度。
[0015] 本發(fā)明還提出了一種浮點(diǎn)數(shù)乘法的舍入裝置，其特征在于，包括：
[0016] 部分積壓縮模塊，其在進(jìn)行部分積壓縮時(shí)，引入預(yù)定數(shù)據(jù)作為部分積參與部分積 壓縮；所述預(yù)定數(shù)據(jù)根據(jù)浮點(diǎn)乘法結(jié)果的舍入方式不同而不同，具體如下取值：
[0017] (1)舍入是向零舍入時(shí)，特殊數(shù)為0 ;
[0018] (2)舍入是就近取偶舍入時(shí)，特殊數(shù)為2N1
[0019] (3)舍入是向正無(wú)窮舍入時(shí)，如果結(jié)果的符號(hào)位是正，取值為2M-1，否則是0 ;
[0020] (4)舍入是向負(fù)無(wú)窮舍入時(shí)，如果結(jié)果的符號(hào)位是負(fù)，取值為2M-1，否則是0 ;
[0021] 其中，N表示浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的長(zhǎng)度。
[0022] (三）有益效果
[0023] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0024] 本發(fā)明完全適用于IEEE 754單、雙精度及擴(kuò)展精度四種舍入模式的乘法舍入，由 于在部分積壓縮階段提前引入一個(gè)與舍入相關(guān)的特殊值，簡(jiǎn)化了后續(xù)尾數(shù)計(jì)算階段的邏 輯。該特殊值產(chǎn)生的負(fù)面影響，如面積、延遲等相比于其帶來(lái)的性能提高可以忽略不計(jì)。實(shí) 踐證明，采用該裝置的浮點(diǎn)乘法器能顯著提高性能。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中12X5行列乘法計(jì)算過(guò)程示意圖；；
[0026] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中16行部分積利用華萊士樹(shù)結(jié)構(gòu)壓縮為2個(gè)部分積過(guò)程的示意 圖；
[0027] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中全加器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中半加器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖5是本發(fā)明中引入特殊數(shù)據(jù)后17行部分積利用華萊士樹(shù)結(jié)構(gòu)壓縮為2個(gè)部分 積過(guò)程的示意圖；
[0030] 圖6是本發(fā)明中浮點(diǎn)數(shù)乘法的舍入裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖7是本發(fā)明具體實(shí)施例中浮點(diǎn)數(shù)乘法的舍入裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0032] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下以IEEE 754單精度浮點(diǎn) 乘法器舍入作為具體實(shí)施案例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0033] 本發(fā)明提出了一種針對(duì)浮點(diǎn)乘法有效的舍入方法，其包括：
[0034] 在進(jìn)行部分積壓縮時(shí)，引入特殊數(shù)據(jù)作為部分積參與部分積壓縮；所述特殊數(shù)據(jù) 根據(jù)浮點(diǎn)乘法結(jié)果的舍入方式不同而不同，具體如下取值：
[0035] (1)舍入是向零舍入時(shí)，特殊數(shù)為0 ;
[0036] (2)舍入是就近取偶舍入時(shí)，特殊數(shù)為2，
[0037] (3)舍入是向正無(wú)窮舍入時(shí)，如果結(jié)果的符號(hào)位是正，取值為2M-1，否則是0 ;
[0038] (4)舍入是向負(fù)無(wú)窮舍入時(shí)，如果結(jié)果的符號(hào)位是負(fù)，取值為2M-1，否則是0 ;
[0039] 其中，N表示浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的長(zhǎng)度。
[0040] 本發(fā)明提出的上述方法能夠?qū)崿F(xiàn)IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)定義的四種舍入：就近舍入，向零 舍入，向正無(wú)窮舍入和向負(fù)無(wú)窮舍入，其中的向正無(wú)窮舍入和向負(fù)無(wú)窮舍入在舍入時(shí)與結(jié) 果的正負(fù)有關(guān)，可以轉(zhuǎn)換為向零舍入和向無(wú)窮舍入進(jìn)行處理。
[0041] 輸入數(shù)據(jù)可以是規(guī)格化數(shù)也可以是非規(guī)格化數(shù)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)是非規(guī)格化數(shù)時(shí)，可 以通過(guò)擴(kuò)展指數(shù)表示范圍，轉(zhuǎn)換成規(guī)格化數(shù)處理。
[0042] 用N表示浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)總長(zhǎng)度，本發(fā)明在傳統(tǒng)的部分積壓縮基礎(chǔ)上，引入一個(gè)特殊 數(shù)據(jù)同時(shí)參與壓縮，獲取兩個(gè)部分積Sum和Carry，這個(gè)特殊數(shù)的產(chǎn)生、壓縮引起的面積、延 遲等代價(jià)非常小，與其帶來(lái)的性能提高相比可以忽略。
[0043] 兩個(gè)N位的尾數(shù)相乘，其中N為自然數(shù)，結(jié)果至多是2N位，所以中間結(jié)果只保留所 需的2N位，超出范圍的直接舍去，對(duì)最終結(jié)果沒(méi)有影響。并且由于處理的是規(guī)格化數(shù)，結(jié)果 位數(shù)從0開(kāi)始編號(hào)，結(jié)果的第2N-1位和第2N-2位至少有一位是1。
[0044] 下面就現(xiàn)有技術(shù)中的浮點(diǎn)數(shù)乘法運(yùn)算與本發(fā)明的浮點(diǎn)數(shù)乘法運(yùn)算進(jìn)行比較說(shuō)明。
[0045] 現(xiàn)有技術(shù)中，如圖1所示，以簡(jiǎn)單乘法12X5為例，介紹部分積及部分積壓縮的過(guò) 程，其進(jìn)行行列乘法的過(guò)程中，先生成4項(xiàng)每項(xiàng)4位的部分積，然后對(duì)這些部分積適當(dāng)移位 對(duì)齊后求和，可并行進(jìn)行壓縮得到兩個(gè)結(jié)果Sum和Carry，然后對(duì)Sum和Carry進(jìn)行求和， 得到最終結(jié)果。數(shù)據(jù)壓縮過(guò)程為：第一行部分積1100、第二行部分積〇〇〇〇、第三行部分積 1100對(duì)齊后進(jìn)行3 : 2壓縮，得到部分積000100和11100,與第四行部分積進(jìn)行對(duì)齊后壓 縮，得到Sum和Carry :0000100和011100,將此兩個(gè)數(shù)進(jìn)行對(duì)齊后相加，得到最終的計(jì)算結(jié) 果00111100,以上部分積壓縮過(guò)程中所述位寬不等長(zhǎng)，在實(shí)際運(yùn)算中會(huì)根據(jù)具體算法對(duì)位 寬進(jìn)行處理，比如補(bǔ)0操作。
[0046] 以上所述部分積壓縮過(guò)程可以通過(guò)多種形式完成，比如華萊士樹(shù)壓縮，以16行部 分積壓縮為2個(gè)部分積為例，示意如圖2所示。
[0047] 華萊士樹(shù)壓縮，其并行地對(duì)部分積求和而非順序地求和，為了將16個(gè)部分積輸入 減少到2個(gè)部分積輸出，華萊士樹(shù)需要
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種浮點(diǎn)數(shù)乘法的舍入方法，其特征在于，在進(jìn)行部分積壓縮時(shí)，引入預(yù)定數(shù)據(jù)作為 部分積參與部分積壓縮；所述預(yù)定數(shù)據(jù)根據(jù)浮點(diǎn)乘法結(jié)果的舍入方式不同而不同，具體如 下取值： (1) 舍入是向零舍入時(shí)，特殊數(shù)為O ; (2) 舍入是就近取偶舍入時(shí)，特殊數(shù)為2N1 (3) 舍入是向正無(wú)窮舍入時(shí)，如果結(jié)果的符號(hào)位是正，取值為2N4-1，否則是O ; (4) 舍入是向負(fù)無(wú)窮舍入時(shí)，如果結(jié)果的符號(hào)位是負(fù)，取值為2^-1，否則是O ; 其中，N表示浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的長(zhǎng)度。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述預(yù)定數(shù)據(jù)作為部分積的一行與其他部 分積同時(shí)進(jìn)行壓縮。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：在引入預(yù)定數(shù)據(jù)參與部分積壓縮得到 的部分積壓縮結(jié)果為兩個(gè)2N位的和與進(jìn)位，該方法還包括： 將所述兩個(gè)2N位的和與進(jìn)位的高N+1位輸入至半加器進(jìn)行運(yùn)算，得到兩個(gè)N位寬的第 一結(jié)果和一個(gè)1位寬的第二結(jié)果； 將所述兩個(gè)2N位的和與進(jìn)位的低N-I位輸入至加法器進(jìn)行運(yùn)算，得到第N-I位的進(jìn)位 Carry [N-1]、第N-2位的和Round以及第N-3位至第O位的加法結(jié)果，并將所述加法結(jié)果進(jìn) 行或操作得到或結(jié)果Sticky ; 將所述兩個(gè)N位寬的