NCL 기반의 저전력 ALU 회로 설계 및 구현

Abstract

저전력 설계를 요구하는 디지털 시스템에서는 동적 전력(dynamic power)과 누설 전력(leakage power) 사이의 균형을 이루는 점에 근접하는 매우 낮은 전압에서 작동하는 디지털 설계 방식을 요구하지만, 기존의 동기방식의 회로는 낮은 전압에서 지연(delay)이 급격히 증가하여 시스템의 전체 성능을 유지할 수 없을 뿐만 아니라, 공정, 전압, 온도 변이 (PVT variation) 등에 크게 영향을 받아서 올바른 동작을 기대할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 낮은 전압에서 여러 가지 변이들에 영향을 받지 않는 비동기회로 설계 방식 중에 타이밍 분석이 요구되지 않고, 설계가 간단한 NCL (Null Convention Logic) 방식을 사용한 저전력 산술논리 연산장치 (ALU) 회로를 매그나칩-SK하이닉스 0.18um 공정으로 설계하고, 기존의 파이프라인 방식의 ALU와 스피드와 전력에 관해서 비교하였다. Conventional synchronous design circuits cannot only satisfy the timing requirement of the low voltage digital systems, but also they may generate wrong outputs under the influence of PVT variations and aging effects. Therefore, in this paper, a NCL (Null Convention Logic) design as an asynchronous design method has been proposed, where the NCL method doesn't require any timing analysis, and it has a very simple design methodology. Base on the NCL method, a new low power reliable ALU has been designed and implemented using MagnaChip-SKhynix 0.18um CMOS technology. The experimental results of the proposed NCL ALU have been compared to those of a conventional pipelined ALU in terms of power consumption and speed.