An Implementation of Low Cost 5-stage Powering Unit Using Newton Method

Newton Method을 이용한 저비용 5-stage 멱승기의 구현

본 논문에서는 모바일용 3차원 그래픽 라이팅 엔진을 위한 부동소수점 멱승기클 제안한다. 3D 그래픽의 라이팅 과정은 연산량이 많고, 복잡하기 때문에 각 연산 유닛들이 저비용으로 빠르게 연산을 수행해야 한다. 본 논문에서 제안한 멱승기는 처리율을 높이기 위해 파이프라인 구조를 사용하였으며, $10^{-4}$의 정확도를 만족한다. 전체 구조는 5 stage로 구성되며, 크게 로그연산기와 지수연산기로 이루어져 있다. 일반적으로 로그연산기는 정확도를 높이기 위하여 큰 롬 테이블을 사용하는데, 이는 많은 면적을 차지하게 된다. 이러한 롬 테이블 면적 문제를 해결하기 위하여 Newton method을 사용하여 롬 테이블의 사이즈를 줄였다. 또한 오일러 상수를 밑으로 하는 지수연산기도 입력 비트의 크기를 줄이고, 테이블의 개수를 늘림으로써 롬 테이블의 크기를 줄였다. 지수연산의 밑은 부동소수점 포맷으로 [0, 1]의 범위를 가지며, 승은 정수 포맷으로 [0, 128]의 범위를 갖는다. Magnachip $0.18{\mu}m$ 공정에서 100Mhz의 동작주파수를 만족하였으며, 약 16k gates을 차지한다.