Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Selected Topics in VLSI Design (Module...
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Institut fürAngewandte
Mikroelektronikund Datentechnik
Selected Topics in VLSI Design(Module 24513)
Vincent Wiese
Adder Structures on FPGA and ASIC
26.04.23 © 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik 1
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Mikroelektronikund Datentechnik
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Content
1 Classification of Adders
2 Adder Structures and Characteristics1 Ripple-Carry Adder2 Carry-Select Adder3 Carr-Look-Ahead Adder4 Carry-Save Adder
3 On-Road Test with our FIR-Filter1 Procedural Method2 FPGA Results3 ASIC Results
26.04.23 2© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik
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1 Classification of Adders
26.04.23 3© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik
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2 Adder Structures
26.04.23 4© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik
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Ripple-Carry Adder
26.04.23 5© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik
+ easy implementation+ small
- slow
Source: Timmermann (2008): Script „Algorithmen der Datentechnik“
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Carry-Select Adder
26.04.23 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
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Carry-Look-Ahead Adder
26.04.23 7© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik
+ fastest CPA - very large
Source: http://www.imd.uni-rostock.de/lehre/add/Addierer.pdf
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Carry-Save Adder
26.04.23 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“
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26.04.23 9© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik
On-Road Test with our FIR-Filter
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Procedural Method
26.04.23 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
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FPGA Results
26.04.23 11© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik
Adder f / MHz #R #LUT #LUT single
Ripple-Carry 53,378 762 5.321 60
Carry-Look-Ahead 52,440 769 5.145 61
Carry-Save* 63,084 825 8.385 79
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ASIC Results
26.04.23 12© 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK | Fakultät für Informatik und Elektrotechnik
Adder f / MHz A / µm² P (dynamic) / mW P (leakage) / µW
Ripple-Carry 100 51.254 2,27 0,51
Carry-Look-Ahead 100 70.919 2,51 0,70
Carry-Save* 100 86.604 3,21 1,03
Adder f (max) / MHz A / µm² P (dynamic) / mW P (leakage) / µW
Ripple-Carry 153 - 4,39 1,01
Carry-Look-Ahead 130 111.351 5,37 1,45
Carry-Save* 156 124.173 6,70 1,70
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