基于解耦De-skew PLL的处理器低功耗同步间歇时钟系统设计

随着高性能处理器集成度、面积以及工作频率的不断增加,时钟动态功耗呈指数级增加,时钟分布不均导致跨时钟域的同步开销显著增大,这些问题逐渐成为制约处理器能效提升的瓶颈.通常处理器核的功耗占多核处理器整体功耗超过70%,而时钟功耗是处理器核功耗的主要组成部分.数字方式的系统动态调频DFS(Dynamic Frequency Scaling)降频的方法需要触发时钟中断例外重新配置时钟生成模块锁相环的相关寄存器,由此带来系统超过毫秒级等待时间开销;而模拟方式连续自适应调节AFS(Adaptive Frequency Scaling)频率变化过程中存在频率过冲响应会增加物理时序设计压力.与此同时功耗的调节降低要以高性能为前提.片上时钟分布长延时随PVT(Process Voltage Temperature)变化产生的不确定时钟相位偏差,为此物理设计增加时序冗余补偿会直接影响到处理器性能.本文提出了新的基于解耦去偏斜锁相环De-skew PLL(De-skew Phase Locked Loop)的同步间歇时钟系统,采用12 nm CMOS工艺实现了去偏斜锁相环的设计,并对整个系统进行了时序性能和时钟功耗的评估.该系统一方面可以利用去偏斜锁相环的远端时钟反馈技术实现不同时钟域之间的实时相位对齐,同时也可以抵抗反馈环内时钟分布延时随PVT的变化;另一方面可以利用新增加的解耦模块,无频率过冲地响应处理器核内产生的时钟间歇控制(时钟脉冲间断性停拍)信号降频,从而实现亚纳秒级时钟动态功耗控制.以12 nm工艺同步级联结构为例,每层时钟分布校准后同步偏差小于10 ps.使用16核LS3C5000处理器RTL在仿真加速平台上运行SPEC CPU 2000测试集来评估本方案对处理器核时钟功耗的影响,并进一步通过PTPX后仿真验证,结果表明,定点及浮点程序平均功耗节约分别大于4.5%和20.3%.

一种低功耗时钟树综合的寄存器聚类方法

随着集成电路制造工艺的进步与芯片集成度的提升,对于低功耗芯片的需求越来越大.时钟网络功耗占芯片总功耗的40%以上,优化时钟网络的功耗已成为高性能集成电路设计中最重要的目标之一.本文提出了一种新的寄存器聚类方法来生成时钟树的叶级拓扑结构,通过限制群组的扇出、负载和范围,对寄存器进行合理分组,减少了缓冲器的插入数目和总布线长度,有效降低时钟网络功耗.将该方法整合到传统的时钟树综合(CTS)流程中,在ISCAS89基准电路上测试并分析其有效性.实验结果表明,该寄存器聚类方法在不影响时钟树最大延时的情况下,有效减少了时钟网络20%以上的功率耗散和20%以上的时钟偏移.

一种基于改进K-means算法的高能效时钟网络设计

本文针对先进处理器中部件级时钟网络设计面临的时钟网络偏斜难控制、时钟负载重动态功耗大的问题,实现了一种高能效局部时钟网络设计方法,提出了基于考虑负载K-means算法的时钟驱动点位置优化算法TKDLO(Timing driven K-means based Driver Location Optimization),在不影响时序的前提下,实现了局部门控时钟驱动单元的位置优化,降低了时钟网络的偏斜.通过采用不同触发器规模的设计验证,模块级时钟长度可以优化15%以上,时钟偏斜优化30%以上.以访存执行部件的时钟设计为例,本文所提出的局部时钟设计方法,相比于传统CTS的实现方式,在时钟延迟和偏斜方面实现了超过50%的优化,整个设计等效频率提升14%、平均功耗优化28%、最终模块能效提升58.7%;相比于基于触发器聚类的fishbone时钟结构,在15.2%的时钟延迟恶化和5%功耗恶化代价下,使模块的频率提升7.6%,能效优化14.2%.

预应力混凝土矮T斜梁桥的试验研究

在理论分析的基础之上,开展对预应力混凝土矮T斜梁桥的试验研究,其中包括单梁的静力性能研究以及成桥的静、动力性能试验研究。通过试验对矮T斜梁桥结构的各项力学性能指标进行测试与分析,并对偏载及中心加载情况下各支点反力的分布特性进行探讨。试验研究结果表明:预应力混凝土矮T斜梁桥是一种性能良好、易于施工、耐久性好的新型桥梁结构形式,可以广泛用于平原地区中、小跨径的公路桥梁中。

预应力混凝土矮肋斜T梁桥的计算方法研究

预应力混凝土矮T梁是一种新型的桥梁结构,而将其用于大角度斜梁当中,使得问题的研究更加复杂化。为了探讨预应力混凝土矮T梁的力学性能,分析斜梁桥在荷载作用下的受力特点,先后采用空间有限元分析方法及广义弹性支承连续梁法进行了理论研究和设计分析。计算结果表明:采用广义弹性支承连续梁法对矮肋斜T梁桥进行受力性能分析能取得较好的计算精度,并可用于工程设计当中。

新型高效低噪叶片在主通风机中的应用

通过分析风机叶片噪声的类型,研究风机叶片产生空气动力性噪声的机理,采用三元流理论设计出低噪主通风机叶型,并利用模型机试验测试装机效果,筛选出分别符合精密铸造工艺和铆焊工艺的低噪主通风机叶型。

东北夏季极端低温天气事件的定义及其冷空气路径分析

采用东北三省150个测站1961～2010年的逐日温度资料和同期美国环境预报中心（NCEP）以及国家大气研究中心（NCAR）2．5°×2．5°分辨率的全球再分析资料，定义了东北夏季极端低温天气事件（extremelow—tempera—tureevent以下简称ELTE事件），统计给出了ELTE事件的发生、峰值和持续时间的日历表。根据该日历分析，发现了影响东北地区夏季ELTE事件’酌最主要的2条冷空气路径（西北路径和东北路径），1961～2010年期间，影响东北地区的ELTE事件最主要是受西北路径的冷空气的影响，其次是东北路径。同时也发现，ELTE事件20世纪80年代发生频率最高，90年代后开始减少，但是东北路径的ELTE事件在90年代以后开始明显的增加。还发现，ELTE事件发生的前4d，贝加尔湖地区若是被低压槽覆盖，易发生西北路径的ELTE事件，若该区域被一个东北．西南走向的高压斜脊控制，同时鄂霍次克海区域存在一个低压中心，形成西北“＋”东南“一”的跷跷板形态，易发生东北路径的ELTE事件。

基于频偏估计的无线传感器网络时间同步算法

针对无线传感器网络经典同步算法稳定性较差,时钟相偏和频偏联合校正算法存在高开销等问题,提出一种基于频偏估计的无线传感器网络时间同步算法(CSMS算法)。CSMS算法采用低开销相偏和频偏估计方法,提高了成对节点的同步精度和稳定性;结合分层和广播监听构建了同步策略,能够保证算法的稳定性和同步精度,实现了与邻居节点及根节点的同步,同时优化了同步总开销。实验结果表明,CSMS算法能够有效地平衡同步能耗、同步精度及同步稳定性。

比例最小偏度单形采样的UKF及其在卫星定轨中的应用

基于Unscented变换(UT),在最小偏度单形采样策略中使用比例修正算法,提出了一种比例最小偏度单形采样的Unscented卡尔曼滤波(UKF)算法,用于基于地基观测的低轨卫星实时定轨。仿真结果表明:比例最小偏度单形采样UKF的精度与比例对称采样UKF相当,但计算效率至少可提高三分之一。

L形平面低矮房屋屋面的风荷载特性

通过L形平面低矮房屋在同济大学TJ-2风洞进行的刚性模型测压试验,首先对其屋面的风压时程概率分布进行了讨论,试验结果表明,屋面大部分区域的风压时程偏度较大,概率分布与三参数Gamma分布较为吻合,其极值的估算更适合用"Sadek-Simiu法",且相比而言,传统的高斯方法偏于不安全.继而对翼长、坡度及组合屋面形式对屋面风荷载特性的影响进行了研究,试验结果显示,翼长的增加,坡度的减小均会加剧屋面的平均负压和最不利负压;而屋面由两双坡组合变为双坡、四坡组合后,屋面的平均负压和最不利负压都有大幅度的减小,从而得出双坡、四坡组合屋面的L形平面房屋比两双坡组合屋面更有利于抗风的结论.

光管和斜槽管降膜吸收数学模型及实验研究

建立了光管与低肋斜槽管降膜吸收的数学模型,采用数值计算方法求解光管与低肋斜槽管外层数学模型,而斜槽管内层的速度、温度以及浓度方程用解析法求解。将计算结果与实验结果进行比较,结果的趋势一致,误差都在10%以下,并分析出现误差的原因。结果表明,斜槽管是一种适合吸收器使用的强化管。

周向弯曲方向对弯掠叶片气动-声学性能影响的实验

以具有相同几何参数的常规径向叶片、周向前弯和周向后弯叶片为研究对象,对旋转动叶片周向弯曲后叶轮的气动和声学性能进行了对比试验研究。同时采用五孔探针半对向测量方法研究了周向弯曲后出口气流参数沿叶高的分布规律。结果表明,与原型径向叶轮相比,在保持叶片几何参数不变,仅引入周向弯曲后,无论周向前弯还是后弯,均导致叶轮的效率和压升降低。叶片周向前弯可以有效地降低气动噪声,大幅度地增加风扇的喘振裕度。在相同的周向弯曲角度下,采用周向前弯技术明显优于周向后弯。此外,研究表明弯掠叶片径向力对于气流参数沿叶高的分布具有较大的影响。周向前弯叶轮改善了叶顶附近的流动状况,但中部叶高区域的损失增加。对于周向后弯叶轮,虽然叶片中部损失减小,但两端部损失增加明显。

相同工况下叶片的不同周向弯曲对低压轴流风扇性能影响的对比分析

以低压轴流风扇叶片为研究模型,对不同周向弯曲叶轮的三维粘性流场进行了计算.通过对比分析,讨论了它们在气动性能上各自的特点,同时利用试验的方法对上述计算进行了验证.结果表明:计算值与试验测量结果吻合得较好;在相同工况下做比较发现,叶片适当的周向前弯虽然造成全压和效率有所下降,但却改善了上、下端壁附近的流动状况,延迟了流动分离的出现,大幅度拓宽了叶轮的稳定工作范围.通过综合的评价和分析,最后给出了改善叶轮性能的周向前弯角度范围.

周向前弯轴流风扇转子叶顶泄漏流动研究

以低压轴流风扇3个代表性的周向前弯角(前弯1.27°、8.3°和25°)的叶轮作为研究对象,对三维粘性流场进行了数值计算,并对出口损失进行了试验测量,计算与测量结果能够较好地吻合。结果显示,叶顶泄漏涡的起始位置随着叶片周向前弯角度的增加而沿叶弦后移,逐渐接近叶片后缘,但旋涡的强度并不是一直增大,达到某一前弯角度以后,泄漏涡由于受到叶片尾迹的影响而减弱。由此反映出,较大的前弯角度的叶轮,叶顶区域流动变得更加复杂,同时对上端部损失的影响因素增多,包括了泄漏涡、二次涡、尾迹以及它们之间的相互掺混。

00Cr17Ni12Mo2不锈钢管热轧层裂的研究

采用扫描电镜、微量元素化学分析等方法,研究了00Cr17Ni12Mo2不锈钢管穿孔及扩管加工过程中产生分层开裂的原因。结果表明,钢管内表面层裂倾向大于外表面,且与斜轧穿孔的工艺参数、高温下δ相形态有关。

一种低功耗集成电路的时钟分布策略

均衡时钟分布树在大规模数字集成电路实现中具有重要作用,其中H型树代表主流ASIC设计中时钟分布方式。H树过度依赖时钟缓冲器均衡分布算法,使时钟网络级数过高、存在较多冗余缓冲器,导致整体功耗过大。提出了一种新的低功耗分布方案,以去偏斜时钟电路的方式,将时钟树叶节点与根节点进行相位同步。此电路结合了SMD和DLL两种实现,即可以快速完成时钟同步,又可以在细粒度上进行微调,从而对以往此类方案进行改进。使用SPICE仿真和SOC Encounter布线工具进行仿真验证,结果表明此方案可以降低20%左右的功耗。

低速轴流叶轮流场气动声学试验研究

以低速轴流风扇的弯掠叶片为对象,通过气动声学试验,获得了不同运行工况下声压级的变化规律,对比研究了叶片周向弯曲方向对低速轴流风扇气动噪声的影响.结果显示,低速轴流风扇尾迹宽度的径向分布规律受叶片弯曲方向的影响不大,即叶轮尾迹宽度沿径向都呈现逐渐减小的变化规律.与后弯叶片相比,前弯叶片的降噪性能更强.

基于模拟退火与合并代价反标的低功耗门控时钟布线算法(英文)

传统的时钟树布线算法可以扩展应用于门控时钟,例如在自底向上的合并过程中采用最小化合并电容方式。然而,当前点的合并,会影响到上层点的门控情况变化,虽然在局部合并时是最优的,却可能恶化时钟树整体功耗。针对该问题,提出了一种零时钟扭斜门控时钟布线算法,使用上一轮时钟树的布线结果估算上述影响所造成的合并代价变化。由于算法需要多轮反复计算,因此使用模拟退火方法,在每一次循环时重建时钟树结构,通过上一轮反标的合并代价信息进行优化,评估每一轮的结果,并生成新的约束供下一轮使用。实验结果表明,与传统的Greedy-DME算法相比,该算法可以获得至多23%的功耗优化。

一种基于门控时钟的低功耗电路实现方案

研究了门控时钟技术在130 nm工艺、基于高阈值标准单元库下的低功耗物理实现方法。详细阐述了多级门控时钟技术的作用机制和参数的设置方法,给出了基于门控时钟的后端实现流程,着重分析了插入门控时钟对时钟偏移的影响并提出解决方案。在中芯国际130 nm工艺下用synopsys公司的DC,IC Compiler,PT,VCS等工具完成物理实现。在10 M时钟下,总功耗降低22.6%,面积也有所减小。

基于低秩分解的织物疵点检测

针对传统低秩分解法导致的图像信息过度丢失和织物弹性导致的歪斜问题,提出一种基于Beta范数的改进低秩分解检测方法。首先,通过提取织物图的基元特征构造先验信息图。其次,采用Beta范数代替低秩分解中的核范数,并由先验信息图引导低秩分解方法对织物图进行分解,解决了传统低秩分解方法中核范数导致的图像信息过度丢失的问题。进而,提取织物图的方向梯度直方图(HOG)特征构造后验信息图,并将后验信息图和通过低秩分解得到的稀疏分量进行哈达玛乘积获得显著图,解决了织物弹性导致的歪斜问题。最后,利用最优阈值分割得到疵点图。将实验结果与已有的4种方法进行对比,结果表明,该方法可以有效抑制歪斜干扰,且检测时间更短。